CN111892856A - 一种低锌含量的水性环氧防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种低锌含量的水性环氧防腐涂料，所述涂料包括以下组分：60‑80重量份的复合树脂、5‑10重量份的滑石粉、10‑15重量份的填料、5‑8重量份的乙二醇丁醚、1‑2重量份的聚乙二醇、0.2‑0.8重量份的乳化剂、0.8‑1.8重量份的分散剂、30‑50重量份的锌粉、30‑50重量份的固化剂以及0.3‑1重量份的改性石墨烯，所述改性石墨烯为石墨烯中加入改性物质得到，所述改性物质和石墨烯的比例为1:99至4:96。一种低锌含量的水性环氧防腐涂料的制备方法，向石墨烯中加入改性物质得到改性石墨烯，进行研磨和第一次超声分散；将涂料组分中固化剂以外的各组分进行第二次超声分散后充分混合高速搅拌，然后研磨分散；加入固化剂继续搅拌。本发明低锌防腐，更绿色环保，效用持久，能够有效防止海水和空气腐蚀。

Description

一种低锌含量的水性环氧防腐涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料领域，特别是一种低锌含量的水性环氧防腐涂料及其制备方法。
背景技术
上个世纪50年代，富锌底漆在美国研制而成。1960年我们国家也开始接触并且使用富锌底漆，将其应用于铁轨上，对铁轨进行防腐处理。富锌底漆是一种在成膜物中加入大量锌粉的防腐涂料。经过长时间的不断探索与发展，富锌底漆的品种与产量都得到了大幅度地提升。2013年，我国富锌底漆的用量约为25.5万吨，约占到重防腐涂料总用量的百分之十五。富锌底漆具有高效的防腐蚀性能，这使得这种涂料可以在全球范围内飞速发展和广泛应用。
在国际标准中将富锌涂料的干膜中锌粉含量分为三个等级：
第一等级干膜中锌粉含量≥85％；第二等级干膜中锌粉含量在77％-85％；第三等级干膜锌粉含量在65-77％。而ISO12944规定环氧富锌底漆中最小锌粉含量为80％。
规定比较高的锌粉含量，是因为暴露在腐蚀环境中的钢，如果富锌底漆中锌含量低，那么颗粒锌粉就不能形成完整的锌粉层，固化了的环氧树脂导电性差，大大妨碍了锌粉的化学保护作用，影响了富锌底漆对钢的阴极保护作用。但是锌含量并不是越多越好。锌粉含量过高，自然富锌底漆中树脂含量会降低，成膜物减少，漆膜与钢材的附着力因之减小。因此一旦水等渗透到锌粉表面，引起体积增大，从而使涂层起泡的可能性变大。同时高锌粉含量也会产生一系列其他的问题，比如贮存过程中容易产生严重的沉底现象；在进行电焊、切割等热加工时释放出大量的氧化锌，容易导致工作人员产生“锌热病”等。同时长时间贮藏中过高的锌粉也会引起沉底现象，严重影响漆膜性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低锌含量的水性环氧防腐涂料及其制备方法，低锌防腐，更绿色环保，效用持久，能够有效防止海水和空气腐蚀。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种低锌含量的水性环氧防腐涂料，所述涂料包括按重量份计的以下组分：
Figure BDA0002640206170000011
Figure BDA0002640206170000021
所述改性石墨烯为石墨烯中加入改性物质得到，所述改性物质和石墨烯的比例为1:99至4:96。
石墨烯是呈六边形状的像蜂巢排列般的平面二维固体材料。具有非常优异的导电性、柔韧性、机械强度等。六边形由C-C单键进行sp2杂化形成，仅有一个碳原子的厚度。石墨烯因为具有独特的片层结构，所以它可以像鳞片状云母粉、玻璃薄片等作为填料，应用在防腐涂料中，起到一定的隔离屏障的作用，从而阻碍了腐蚀介质以及氧气的渗入。另外由于石墨烯所具有的优异的物化性能，例如石墨烯良好的导电性能，优异的力学性能、较强的屏蔽性能以及它具有的强疏水性，这些都使得石墨烯成为了环氧树脂涂料的理想填料。石墨烯的加入可以达到降低防腐涂料的介质渗透性能，提高低锌环氧树脂漆的导电性能，提高涂料的耐腐蚀性能。
富锌底漆中大量的锌粉虽然为涂料提供了很好的防腐能力，但在使用中易对人体和环境产生危害。石墨烯的片层结构层层叠加、交错排列，在涂层中可形成“迷宫式”屏蔽结构，能够有效抑制腐蚀介质的浸润、渗透和扩散，提高涂层的物理阻隔性。石墨烯优异的导电性能在涂料中也能起到导电通路的作用，增加防腐涂料的阴极保护能力。
进一步，所述改性物质为聚乙烯吡咯烷酮。石墨烯在环氧树脂涂料中的分散性不好，分散不均匀，容易使涂料结块不美观。本发明采用加入PVP聚乙烯吡咯烷酮对石墨烯进行改性处理，提高石墨烯分散性，使涂料不结块。
进一步，所述复合树脂包括丙烯酸树脂和环氧树脂，所述丙烯酸树脂和环氧树脂的比例为1：3至1：7；复合树脂含有丙烯酸树脂，增强涂料韧性；
所述填料包括硫酸钡和碳酸钙。
进一步，各组分的重量份分别为：
Figure BDA0002640206170000022
Figure BDA0002640206170000031
一种低锌含量的水性环氧防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1：向石墨烯中加入改性物质得到改性石墨烯，所述改性物质和石墨烯的比例为1:99至4:96，然后进行研磨和第一次超声分散；
S2：将60-80重量份的复合树脂、5-10重量份的滑石粉、10-15重量份的填料、5-8重量份的乙二醇丁醚、1-2重量份的聚乙二醇、0.2-0.8重量份的乳化剂、0.8-1.8重量份的分散剂、30-50重量份的锌粉以及0.3-1重量份的改性石墨烯进行第二次超声分散后充分混合高速搅拌，然后研磨分散；
S3：加入30-50重量份的固化剂继续搅拌。
进一步，所述第二次超声分散的时间为2小时；所述高速搅拌的时间为2小时。
进一步，所述改性物质为聚乙烯吡咯烷酮。
进一步，所述复合树脂包括丙烯酸树脂和环氧树脂，所述丙烯酸树脂和环氧树脂的比例为1：3至1：7；
所述填料包括硫酸钡和碳酸钙。
进一步，环氧树脂为60重量份；丙烯酸树脂为12重量份；滑石粉为7.5重量份；硫酸钡为6重量份；碳酸钙为7.5重量份；乙二醇丁醚为6重量份；聚乙二醇为1.5重量份；乳化剂为0.5重量份；分散剂为1.2重量份；锌粉为40重量份；固化剂为36重量份；改性石墨烯为0.6重量份。
本发明的有益效果是：
低锌防腐，更绿色环保，效用持久，能够有效防止海水和空气腐蚀。
附图说明
图1为漆膜附着力测试结果；
图2为漆膜耐腐蚀性能测试结果；
图3为漆膜涂层的极化曲线；
图4为漆膜涂层的阻抗谱。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一：
涂料包括按重量份计的以下组分：
Figure BDA0002640206170000041
所述改性石墨烯为石墨烯中加入改性物质得到，所述改性物质和石墨烯的比例为1:99。
上述涂料的制备方法包括以下步骤：
S1：向石墨烯中加入改性物质得到改性石墨烯，进行研磨和第一次超声分散；
S2：将60重量份的复合树脂、5重量份的滑石粉、10重量份的填料、5重量份的乙二醇丁醚、1重量份的聚乙二醇、0.2重量份的乳化剂、0.8重量份的分散剂、30重量份的锌粉以及0.3重量份的改性石墨烯进行第二次超声分散后充分混合高速搅拌，然后研磨分散；
S3：加入30重量份的固化剂继续搅拌。
实施例二：
涂料包括按重量份计的以下组分：
Figure BDA0002640206170000042
Figure BDA0002640206170000051
所述改性石墨烯为石墨烯中加入改性物质得到，所述改性物质和石墨烯的比例为4:96。
上述涂料的制备方法包括以下步骤：
S1：向石墨烯中加入改性物质得到改性石墨烯，进行研磨和第一次超声分散；
S2：将80重量份的复合树脂、10重量份的滑石粉、15重量份的填料、8重量份的乙二醇丁醚、2重量份的聚乙二醇、0.8重量份的乳化剂、1.8重量份的分散剂、50重量份的锌粉以及1重量份的改性石墨烯进行第二次超声分散后充分混合高速搅拌，然后研磨分散；
S3：加入50重量份的固化剂继续搅拌。
实施例三：
锌含量40％，石墨烯含量0.5％的防腐涂料的制备：
向石墨烯中加入聚乙烯吡咯烷酮得到改性石墨烯，进行研磨和第一次超声分散；
取1个洁净的250mL烧杯并向其中依次加入60g的环氧树脂，12g的丙烯酸树脂，7.5g的滑石粉，6g的硫酸钡，7.5g的碳酸钙，6g的乙二醇丁醚，1.5g的聚乙二醇，0.5g的乳化剂，0.6g的分散剂，0.5％的改性石墨烯以及40％的锌粉。第二次超声分散2小时后充分混合高速搅拌2小时，然后研磨分散，混合一定时间后静置装瓶。
实施例四：
锌含量40％，石墨烯含量1.0％的防腐涂料的制备：
石墨烯中加入聚乙烯吡咯烷酮得到改性石墨烯，进行研磨和第一次超声分散；
取1个洁净的250mL烧杯并向其中依次加入60g的环氧树脂，12g的丙烯酸树脂，7.5g的滑石粉，6g的硫酸钡，7.5g的碳酸钙，6g的乙二醇丁醚，1.5g的聚乙二醇，0.5g的乳化剂，1.2g的分散剂，1.0％的改性石墨烯以及40％的锌粉。第二次超声分散2小时后充分混合高速搅拌2小时，然后研磨分散，混合一定时间后静置装瓶。
实施例五：
锌含量40％，石墨烯含量1.5％的富锌底漆的制备：
石墨烯中加入聚乙烯吡咯烷酮得到改性石墨烯，进行研磨和第一次超声分散；
取1个洁净的250mL烧杯并向其中依次加入60g的环氧树脂，12g的丙烯酸树脂，7.5g的滑石粉，6g的硫酸钡，7.5g的碳酸钙，6g的乙二醇丁醚，1.5g的聚乙二醇，0.5g的乳化剂，1.8g的分散剂，1.5％的改性石墨烯以及40％的锌粉。第二次超声分散2小时后充分混合高速搅拌2小时，然后研磨分散，混合一定时间后静置装瓶。
实验过程中，制备了7种试样进行实验。7种试样分别是：
试样1：锌含量80％的传统富锌底漆
制备方法：取1个洁净的250mL烧杯并向其中依次加入60g的环氧树脂，7.5g的滑石粉，6g的硫酸钡，7.5g的碳酸钙，6g的乙二醇丁醚，1.5g的聚乙二醇，0.5g的乳化剂，0.6g的分散剂以及80％的锌粉。超声分散2小时后充分混合高速搅拌2小时，然后研磨分散，混合一定时间后静置装瓶。
试样2：锌含量40％，石墨烯含量0.0％的富锌底漆
制备方法：取1个洁净的250mL烧杯并向其中依次加入60g的环氧树脂，12g的丙烯酸树脂，7.5g的滑石粉，6g的硫酸钡，7.5g的碳酸钙，6g的乙二醇丁醚，1.5g的聚乙二醇，0.5g的乳化剂，0.6g的分散剂以及40％的锌粉。超声分散2小时后充分混合高速搅拌2小时，然后研磨分散，混合一定时间后静置装瓶。
试样3：锌含量40％，石墨烯含量0.5％的富锌底漆
制备方法：与实施例三的方法相同
试样4：锌含量40％，石墨烯含量1.0％的富锌底漆
制备方法：与实施例四的方法相同
试样5：锌含量40％，石墨烯含量1.5％的富锌底漆
制备方法：与实施例五的方法相同
试样6：锌含量40％，石墨烯含量2.0％的富锌底漆
制备方法：石墨烯中加入聚乙烯吡咯烷酮得到改性石墨烯，进行研磨和第一次超声分散；取1个洁净的250mL烧杯并向其中依次加入60g的环氧树脂，12g的丙烯酸树脂，7.5g的滑石粉，6g的硫酸钡，7.5g的碳酸钙，6g的乙二醇丁醚，1.5g的聚乙二醇，0.5g的乳化剂，2.4g的分散剂，2.0％的改性石墨烯以及40％的锌粉。第二次超声分散2小时后充分混合高速搅拌2小时，然后研磨分散，混合一定时间后静置装瓶。
试样7：锌含量40％，石墨烯含量2.5％的富锌底漆
制备方法：石墨烯中加入聚乙烯吡咯烷酮得到改性石墨烯，进行研磨和第一次超声分散；取1个洁净的250mL烧杯并向其中依次加入60g的环氧树脂，12g的丙烯酸树脂，7.5g的滑石粉，6g的硫酸钡，7.5g的碳酸钙，6g的乙二醇丁醚，1.5g的聚乙二醇，0.5g的乳化剂，3.0g的分散剂，2.5％的改性石墨烯以及40％的锌粉。第二次超声分散2小时后充分混合高速搅拌2小时，然后研磨分散，混合一定时间后静置装瓶。
根据表1至表3以及图1至图4的实验结果，防腐涂料中锌含量为40％，与改性石墨烯协调作用，可达到与高锌含量的防腐涂料相近的电化学性能。本发明的涂料具有良好的物理机械性能，良好的抗冲击性，良好的弹性与柔韧性，特别是附着力和耐腐蚀性能更为优异。实验通过对各个试样的力学性能、防腐能力检测发现，锌含量40％石墨烯含量1.0％的富锌底漆漆膜的性能最佳。改性石墨烯含量过高或过低时涂图层的性能都有所减弱。实验表明控制石墨烯含量为1.0％时所制得的环氧富锌涂料力学性能好，防腐能力强。
表1漆膜抗冲击性测试结果
Figure BDA0002640206170000071
表2漆膜弹性与柔韧性测试结果
Figure BDA0002640206170000072
表3漆膜强度测试结果(单位:g)
Figure BDA0002640206170000073
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种低锌含量的水性环氧防腐涂料，其特征在于：所述涂料包括按重量份计的以下组分：
Figure FDA0002640206160000011
所述改性石墨烯为石墨烯中加入改性物质得到，所述改性物质和石墨烯的比例为1:99至4:96。
2.根据权利要求1所述的一种低锌含量的水性环氧防腐涂料，其特征在于：所述改性物质为聚乙烯吡咯烷酮。
3.根据权利要求1所述的一种低锌含量的水性环氧防腐涂料，其特征在于：
所述复合树脂包括丙烯酸树脂和环氧树脂，所述丙烯酸树脂和环氧树脂的比例为1：3至1：7；
所述填料包括硫酸钡和碳酸钙。
4.根据权利要求3所述的一种低锌含量的水性环氧防腐涂料，其特征在于：各组分的重量份分别为：
Figure FDA0002640206160000012
Figure FDA0002640206160000021
5.一种低锌含量的水性环氧防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：向石墨烯中加入改性物质得到改性石墨烯，所述改性物质和石墨烯的比例为1:99至4:96，然后进行研磨和第一次超声分散；
S2：将60-80重量份的复合树脂、5-10重量份的滑石粉、10-15重量份的填料、5-8重量份的乙二醇丁醚、1-2重量份的聚乙二醇、0.2-0.8重量份的乳化剂、0.8-1.8重量份的分散剂、30-50重量份的锌粉以及0.3-1重量份的改性石墨烯进行第二次超声分散后充分混合高速搅拌，然后研磨分散；
S3：加入30-50重量份的固化剂继续搅拌。
6.根据权利要求5所述的一种低锌含量的水性环氧防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述第二次超声分散的时间为2小时；所述高速搅拌的时间为2小时。
7.根据权利要求5所述的一种低锌含量的水性环氧防腐涂料的制备方法，其特征在于：所述改性物质为聚乙烯吡咯烷酮。
8.根据权利要求5所述的一种低锌含量的水性环氧防腐涂料的制备方法，其特征在于：
所述复合树脂包括丙烯酸树脂和环氧树脂，所述丙烯酸树脂和环氧树脂的比例为1：3至1：7；
所述填料包括硫酸钡和碳酸钙。
9.根据权利要求8所述的一种低锌含量的水性环氧防腐涂料的制备方法，其特征在于：环氧树脂为60重量份；丙烯酸树脂为12重量份；滑石粉为7.5重量份；硫酸钡为6重量份；碳酸钙为7.5重量份；乙二醇丁醚为6重量份；聚乙二醇为1.5重量份；乳化剂为0.5重量份；分散剂为1.2重量份；锌粉为40重量份；固化剂为36重量份；改性石墨烯为0.6重量份。
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