CN111876049A - 一种石墨烯冷涂锌涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨烯冷涂锌涂料及制备方法，所述涂料包括1‑5质量份数的石墨烯浆料、15‑20质量份数的冷涂锌树脂、0.1‑1质量份数的硅烷偶联剂、0.7‑1.5质量份数的有机膨润土、1‑1.5质量份数的聚酰胺蜡和73‑83质量份数的锌粉。通过应用以上技术方案，使涂料具有低污染、低能耗的特性可以满足节能环保的要求且耐盐雾性优异，具有优异的防腐性能；同时单组分包装，可常温固化，干燥快，复涂间隔短，可减少施工成本，缩短工期。

Description

一种石墨烯冷涂锌涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于防腐涂料技术领域，更具体地，涉及一种石墨烯冷涂锌涂料及其制备方法。

背景技术

现有热浸锌工艺技术在国内外众多领域广泛应用，由于其耐久年限长，生产工业化程度高，质量稳定，因而被大量用于受大气腐蚀较严重且不易维修的室外钢结构中。目前热浸镀锌产品主要有钢板、钢带、钢丝、钢管等，其中热浸镀锌钢板所占比例最大。长期以来，热浸镀锌工艺因其低廉的施镀成本，优良的保护特性和漂亮的外观而备受人们的青睐，广泛应用于汽车、建筑、家电、化工、机械、石油、冶金、轻工、交通、电力、航空和海洋工程等领域。

然而由于热浸锌的工艺温度比较高，能耗比较大，产生的大量废水废气污染了环境，其存在的高能耗和污染是目前该工艺技术无法克服的难题。虽然相继出现了达克罗、机械镀锌及锌加等工艺和产品技术，但仍然存在各自不同的缺点，无法完成初始设计的“替代热浸锌”目标。同时，随着国家环保监控力度的加大，治理大气及水污染决心增强，面对“雾霾”治理、排放治理的政策相继出现，河北、山东等地热浸锌工厂出现成本加大、政策性关闭等现象，因此，用于热浸锌工艺的产业转型升级技术和产品需求十迫切。

为了改进我国热浸锌行业存在的高能耗、高污染、高职业病危害、施工要求高、周期长等问题，满足国家可持续发展对热浸锌产业升级的需求，开展替代技术及工艺研究，实现热浸锌行业细分市场的转型升级，因此开展冷涂锌涂料的研制，提供一种可以满足节能环保的要求且具有优异的防腐性能和便捷的施工条件的冷涂锌涂料，进而逐步替代热浸锌工艺成了本领域亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种石墨烯冷涂锌涂料，按质量份数计，所述涂料包括0.1-1质量份数的石墨烯、0.1-0.5质量份数的石墨烯分散剂、1-3质量份数的高沸点溶剂、15-20质量份数的冷涂锌树脂、0.1-1质量份数的硅烷偶联剂、0.7-1.5质量份数的有机膨润土、1-1.5质量份数的聚酰胺蜡和73-83质量份数的锌粉。

优选的，所述冷涂锌树脂为环氧树脂、酚醛树脂、氨基树脂或有机硅树脂。

优选的，所述锌粉为超细片状锌粉，所述锌粉的粒径为3～5μm，所述锌粉的纯度大于等于99.99％。

优选的，所述硅烷偶联剂为KH560。

相应的，本发明还提供了一种上述石墨烯冷涂锌涂料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

S1、将所述石墨烯、所述石墨烯分散剂和所述高沸点溶剂进行超声分散后制得石墨烯浆料；

S2、在所述冷涂锌树脂中加入所述石墨烯浆料后以700-900r/min的转速进行均匀分散；

S3、在所述S2的产物中加入所述硅烷偶联剂后以700-900r/min的转速进行均匀分散；

S4、在所述S3的产物中加入所述有机膨润土后以900-1200r/min的转速进行均匀分散；

S5、在所述S4的产物中加入所述聚酰胺蜡后以1400-1700r/min的转速进行均匀分散；

S6、在所述S5的产物中加入所述锌粉后以2500-2700r/min的转速进行均匀分散。

本发明公开了一种石墨烯冷涂锌涂料及制备方法，所述涂料包括1-5质量份数的石墨烯浆料、15-20质量份数的冷涂锌树脂、0.1-1质量份数的硅烷偶联剂、0.7-1.5质量份数的有机膨润土、1-1.5质量份数的聚酰胺蜡和73-83 质量份数的锌粉。通过应用以上技术方案，石墨烯冷涂锌涂料具有低污染、低能耗的特性可以满足节能环保的要求且耐盐雾性优异，具有优异的防腐性能；同时单组分包装，可常温固化，干燥快，复涂间隔短，可减少施工成本，缩短工期。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是示出本发明实施例提出的一种石墨烯冷涂锌涂料的制备方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

目前由于现有“锌保护”防腐技术以热浸锌为主，热浸锌行业存在的高能耗、高污染、高职业病危害、施工要求高、周期长等问题，无法满足节能环保要求。行业内亟需一种既节能环保又具有优异防腐性能的防腐技术。因此本发明开展了冷涂锌涂料的研制，提供了一种石墨烯冷涂锌涂料，按质量份数计，所述涂料包括0.1-1质量份数的石墨烯、0.1-0.5质量份数的石墨烯分散剂、1-3质量份数的高沸点溶剂、15-20质量份数的冷涂锌树脂、0.1-1质量份数的硅烷偶联剂、0.7-1.5质量份数的有机膨润土、1-1.5质量份数的聚酰胺蜡和73-83质量份数的锌粉。

具体的，石墨烯冷涂锌防腐涂料继承了传统热浸锌涂料的优点，并且克服了其不足，是一种新型、长效、环保、便捷的钢结构防腐技术，尤其在钢结构维修方面展现其突出的优势，拓展了“锌保护”应用的新领域。

石墨烯冷涂锌涂料是一种单组分、高含锌量的重防腐涂料，其主要特征为长效性，干膜全锌含量≥95％，耐盐雾≥2000h，对钢铁具有优异的阴极保护与屏障保护；同时其具有耐高温性能，持续抗高温能力为300℃，也具有耐低温性，可持续承受-60℃的低温。

石墨烯是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，同时具有优良的导电性能，由于石墨烯过大的比表面积往往使其团聚在一起，不仅降低了自身的吸附能力而且影响石墨烯自身优异性能的发挥，从而影响了石墨烯对冷涂锌树脂的改性，因此通过添加石墨烯分散剂、高沸点溶剂制备石墨烯浆料。高沸点溶剂可选用高沸点芳烃溶剂，高沸点芳烃溶剂是一种由C9、C10重芳烃的同分异构体组成的一系列溶剂的总称，可根据具体实施情况通过调节各种同分异构体在溶剂中的组成，以适应石墨烯浆料的需要。用石墨烯浆料对冷涂锌树脂进行改性形成导电包覆树脂，在钢铁防腐过程中，导电包覆树脂和锌粉共同作用，使石墨烯冷涂锌涂层兼具阴极保护和屏障保护双重作用，同时其自修补效应也可强化防腐蚀效果，从而实现长效防腐的目的。

石墨烯冷涂锌涂料的防腐原理具体为：当涂层完好无破损时，致密的石墨烯冷涂锌涂层可有效隔绝空气，保护基材。但当涂层破损使钢铁基材裸露在空气中时，锌粉会与钢铁基材通过导电网链迅速形成腐蚀原电池。根据电化学腐蚀原理，在原电池中始终是电极电位较低的阳极受到腐蚀。锌的标准电极电位(-0.76V)比铁的(-0.44V)低，更为活泼，在腐蚀发生时锌作为阳极优先被氧化，钢铁基材作为阴极则被保护。锌氧化生成的ZnO、ZnCO₃、ZnCO₃·2Zn(OH)₂·H₂O等腐蚀产物粒径小，表面活化能高，会沉积在涂层间隙与缺陷中，从而增强了涂层的致密性。致密的涂层不仅隔绝了钢铁基材与腐蚀介质间的接触，延缓了腐蚀速率，而且增强了涂层的机械强度，避免了涂层再次受损。随着锌氧化物的生成，涂层与基材间的电位差逐渐减小，锌粉的消耗率减慢，此时以屏蔽保护作用为主来保护钢铁。但当涂层再次破损而使新的金属锌裸露出来时，电位差又立即变大，阴极保护重新起主导作用，并对钢结构基材提供后续防护，因此冷涂锌具有一定的“自修复”性。

在本申请的优选实施例中，所述冷涂锌树脂为环氧树脂、酚醛树脂、氨基树脂或有机硅树脂。

具体的，环氧树脂、酚醛树脂、氨基树脂和有机硅树脂具有不同功能基团，如氨基、硅氧基，添加这些具有功能基团的冷涂锌树脂，可以通过功能基团在锌粉表面形成化学键来形成牢固的包覆。

在本申请的优选实施例中，所述锌粉为超细片状锌粉，所述锌粉的粒径为3～5μm，所述锌粉的纯度大于等于99.99％。

具体的，锌粉为特殊表面处理的超细片状锌粉。超高纯度的锌粉避免了由于铁、镍、钴和铅等存在而形成微电池，杜绝了涂层产生麻点腐蚀，有利于涂层对钢铁基体的保护；超细粒径的锌粉使锌颗粒间的接触面大且多，排列紧密空隙小，从而涂层致密，孔隙率低，涂层表面粗糙度低。即使石墨烯冷涂锌涂层中存在一定的结构间隙，也可被更细小的锌粉颗粒填充，从而加大涂层的致密度。同时超细锌粉粒径细小，其表面活性大，促进沉积，有利于涂层的形成，但是如果粒径过小，锌粉易于团聚，沉积速率降低，生产率降低，生产成本增加；经特殊表面处理的超细锌粉，即使其粒径过小(3～5μ m)，锌粉仍很难团聚，在保持外观质量的前提下，沉积成涂层的速度仍较快。因此，经特殊表面处理的超细锌粉，有利于石墨烯冷涂锌形成良好致密的镀锌涂层。

在本申请的优选实施例中，所述硅烷偶联剂为KH560。

具体的，硅烷偶联剂中与硅原子相连的乙氧基易发生水解反应生成硅醇，硅醇可进一步发生缩合反应，生成Si-O-Si三维交联结构，进而可以增大体系的交联密度，增强分子中链段间的相互作用力，提高与石墨烯冷涂锌基材的附着力。

相应的，本申请还提供了一种上述石墨烯冷涂锌涂料的制备方法，如图 1所示，所述方法包括以下步骤：

S1、将所述石墨烯、所述石墨烯分散剂和所述高沸点溶剂进行超声分散后制得石墨烯浆料；

S2、在所述冷涂锌树脂中加入所述石墨烯浆料后以700-900r/min的转速进行均匀分散；

S3、在所述S2的产物中加入所述硅烷偶联剂后以700-900r/min的转速进行均匀分散；

S4、在所述S3的产物中加入所述有机膨润土后以900-1200r/min的转速进行均匀分散；

S5、在所述S4的产物中加入所述聚酰胺蜡后以1400-1700r/min的转速进行均匀分散；

S6、在所述S5的产物中加入所述锌粉后以2500-2700r/min的转速进行均匀分散。

在具体的实施场景中，将石墨烯、石墨烯分散剂和高沸点溶剂混合，使用超声波分散机进行超声分散30-40min后，得到石墨烯浆料；在所述冷涂锌树脂中加入所述石墨烯浆料后用高速分散机以700-900r/min的转速进行均匀分散5-10min，所述冷涂锌树脂选用固含15％-20％的环氧树脂、酚醛树脂、氨基树脂或有机硅树脂；然后再加入所述硅烷偶联剂后用高速分散机以700-900r/min的转速进行均匀分散10-20min，所述硅烷偶联剂具体选用KH560；然后再加入所述有机膨润土后用高速分散机以900-1200r/min的转速进行均匀分散5-10min；然后再加入所述聚酰胺蜡后用高速分散机以 1400-1700r/min的转速进行均匀分散10-20min，所述聚酰胺蜡的固含量为 18％-25％；最后加入所述锌粉后用高速分散机以2500-2700r/min的转速进行均匀分散30min-50min，所述锌粉为超高纯度超细片状锌粉，锌粉的粒径为 3～5μm，锌粉的纯度大于等于99.99％。

本发明公开了一种石墨烯冷涂锌涂料及制备方法，所述涂料包括1-5质量份数的石墨烯浆料、15-20质量份数的冷涂锌树脂、0.1-1质量份数的硅烷偶联剂、0.7-1.5质量份数的有机膨润土、1-1.5质量份数的聚酰胺蜡和73-83 质量份数的锌粉。通过应用以上技术方案，石墨烯冷涂锌涂料具有低污染、低能耗的特性可以满足节能环保的要求且耐盐雾性优异，具有优异的防腐性能；同时单组分包装，可常温固化，干燥快，复涂间隔短，可减少施工成本，缩短工期。

为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合具体的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。

实施例1

将0.2质量份数的石墨烯、0.1质量份数的石墨烯分散剂和2质量份数的高沸点溶剂超声分散30min，得到石墨烯浆料；在17质量份数的冷涂锌树脂中加入所述石墨烯浆料后用高速分散机以800r/min的转速进行均匀分散 5min，所述冷涂锌树脂选用固含18％的环氧树脂；然后再加入0.4质量份数的硅烷偶联剂后用高速分散机以800r/min的转速进行均匀分散10min，所述硅烷偶联剂具体选用KH560；然后再加入1质量份数的有机膨润土后用高速分散机以1000r/min的转速进行均匀分散5min；然后再加入1.3质量份数的聚酰胺蜡后用高速分散机以1500r/min的转速进行均匀分散10min，所述聚酰胺蜡的固含量为20％；最后加入78质量份数的锌粉后用高速分散机以2600 r/min的转速进行均匀分散30min，所述锌粉为超高纯度超细片状锌粉，锌粉的粒径为3～5μm，锌粉的纯度大于等于99.99％。

实施例2

将0.5质量份数的石墨烯、0.2质量份数的石墨烯分散剂和2.5质量份数的高沸点溶剂超声分散35min，得到石墨烯浆料；在18质量份数的冷涂锌树脂中加入所述石墨烯浆料后用高速分散机以800r/min的转速进行均匀分散 5min，所述冷涂锌树脂选用固含18％的氨基树脂；然后再加入0.5质量份数的硅烷偶联剂后用高速分散机以800r/min的转速进行均匀分散10min，所述硅烷偶联剂具体选用KH560；然后再加入1质量份数的有机膨润土后用高速分散机以1000r/min的转速进行均匀分散5min；然后再加入1.3质量份数的聚酰胺蜡后用高速分散机以1500r/min的转速进行均匀分散10min，所述聚酰胺蜡的固含量为20％；最后加入80质量份数的锌粉后用高速分散机以2600 r/min的转速进行均匀分散35min，所述锌粉为超高纯度超细片状锌粉，锌粉的粒径为3～5μm，锌粉的纯度大于等于99.99％。

实施例3

将0.2质量份数的石墨烯、0.1质量份数的石墨烯分散剂和2质量份数的高沸点溶剂超声分散30min，得到石墨烯浆料；在20质量份数的冷涂锌树脂中加入所述石墨烯浆料后用高速分散机以900r/min的转速进行均匀分散 10min，所述冷涂锌树脂选用固含18％的酚醛树脂；然后再加入0.7质量份数的硅烷偶联剂后用高速分散机以900r/min的转速进行均匀分散10min，所述硅烷偶联剂具体选用KH560；然后再加入1.2质量份数的有机膨润土后用高速分散机以1000r/min的转速进行均匀分散10min；然后再加入1.3质量份数的聚酰胺蜡后用高速分散机以1600r/min的转速进行均匀分散15min，所述聚酰胺蜡的固含量为20％；最后加入80质量份数的锌粉后用高速分散机以2600r/min的转速进行均匀分散40min，所述锌粉为超高纯度超细片状锌粉，锌粉的粒径为3～5μm，锌粉的纯度大于等于99.99％。

上述实施例制备的石墨烯冷涂锌涂料的性能测试结果均达到规定指标 (见表1)。

应用以上技术方案制备的石墨烯冷涂锌涂料的耐盐雾性能优异，其为单组分高含锌涂料，它是由纯度高于99.99％的锌粉配制而成的富锌涂料，冷涂锌涂料中锌的含量极高，只需要搅拌均匀，保证涂膜厚度就能够为钢铁提供很好的阴极保护，即使在很苛刻的环境中，仍能长效保护钢铁表面。产品使用时对基材表面处理要求较低，只需清除基材表面污物、旧漆膜、松动的锈蚀物，轻度锈蚀表面也可涂装。石墨烯冷涂锌涂料为单组分包装，可常温固化，省去了使用前繁琐的混合工序，干燥快，复涂间隔短，可减少施工成本，缩短工期。石墨烯冷涂锌涂料与热浸锌相比具有低污染、低能耗的优点，用冷涂锌代替热浸锌，可以省去三废的处理过程，其环保效应尤为显著。

表1

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种石墨烯冷涂锌涂料，其特征在于，按质量份数计，所述涂料包括0.1-1质量份数的石墨烯、0.1-0.5质量份数的石墨烯分散剂、1-3质量份数的高沸点溶剂、15-20质量份数的冷涂锌树脂、0.1-1质量份数的硅烷偶联剂、0.7-1.5质量份数的有机膨润土、1-1.5质量份数的聚酰胺蜡和73-83质量份数的锌粉。

2.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述冷涂锌树脂为环氧树脂、酚醛树脂、氨基树脂或有机硅树脂。

3.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述锌粉为超细片状锌粉，所述锌粉的粒径为3～5μm，所述锌粉的纯度大于等于99.99％。

4.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH560。

5.一种如权利要求1-4所述的石墨烯冷涂锌涂料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、将所述石墨烯、所述石墨烯分散剂和所述高沸点溶剂进行超声分散后制得石墨烯浆料；

S2、在所述冷涂锌树脂中加入所述石墨烯浆料后以700-900r/min的转速进行均匀分散；

S3、在所述S2的产物中加入所述硅烷偶联剂后以700-900r/min的转速进行均匀分散；

S4、在所述S3的产物中加入所述有机膨润土后以900-1200r/min的转速进行均匀分散；

S5、在所述S4的产物中加入所述聚酰胺蜡后以1400-1700r/min的转速进行均匀分散；

S6、在所述S5的产物中加入所述锌粉后以2500-2700r/min的转速进行均匀分散。

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