CN111944387A - 一种石墨烯防腐涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及防腐涂料技术领域，尤其涉及一种石墨烯防腐涂料。全钢高架地板需要进行防腐处理，传统的防腐材料在严苛条件下防腐性能不足，可能还会降低全钢高架地板的防静电性能。基于上述问题，本发明提供一种石墨烯防腐涂料，其成分中添加了KH560改性的石墨烯，大大提高了石墨烯在防腐材料体系中的分散性，对提高石墨烯防腐涂膜的防腐性能和抗静电性能十分有利。

Description

一种石墨烯防腐涂料
技术领域
本发明涉及防腐涂料技术领域，尤其涉及一种石墨烯防腐涂料。
背景技术
全钢高架地板属于耗散型静电地板，主要由可调节支架、横梁、面板等部件组合拼装而成，具有机械强度高、承载能力强、耐冲击性能好的优点，适用于载重要求和方静电要求较高的场合，如大服务器和机柜主机房、以交换机为代表的通信中心机房、各种电气控制机房、邮电枢纽以及用计算机控制的军事、经济、国家安全、航空、航天以及交通指挥和信息管理中心等领域。对于全钢高架地板生产厂家来说，防腐蚀性能是其需要重点关注的产品技术指标。
传统的防腐材料虽然能够基本满足全钢高架地板的防腐要求，但其具有成本高、严苛条件下防腐性能不足以及传统防腐材料的使用会降低全钢高架地板的防静电性能的缺点，这必然限制全钢高架地板在某些领域的应用和市场推广。
石墨烯是一张典型的二维材料，比表面积可达2630m2/g，常温下的电子迁移率高达15000cm2/(v.s)。有报道指出，将石墨烯添加到防腐涂料中具有良好的效果，因为石墨烯本身具有憎水憎油性，其片层结构具有“迷宫”效应，可阻碍水、腐蚀性粒子等向金属基材的渗透，延缓金属基材的腐蚀速度，进而对底材起到防腐蚀作用。同时研究发现，当防腐涂料中添加的石墨烯过多时，相邻石墨烯片层之间极易发生团聚，进而造成防腐涂料的防腐蚀性能下降。另外，防腐涂料中添加的石墨烯片层之间尽管可以形成“迷宫”结构，但是石墨烯片层之间仍然存在一定的间隙，这些间隙的存在构成了水、腐蚀性粒子渗入金属材料表面的微通道，对金属基材的防腐效果十分不利。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的技术问题是：全钢高架地板需要进行防腐处理，传统的防腐材料在严苛条件下防腐性能不足，可能还会降低全钢高架地板的防静电性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提供一种石墨烯防腐涂料，以重量份数计，包括以下成分：
Figure BDA0002666507120000021
具体地，所述改性石墨烯按照以下方法制备：
(1)称取0.2g石墨烯加入到1000ml三口烧瓶中，加入400ml无水乙醇，对烧瓶进行适当的封口处理，35℃下超声3h后，得到石墨烯乙醇悬浮液；
(2)在步骤(1)得到的石墨烯乙醇悬浮液中加入25mg KH560、5ml去离子水和2ml乙酸，超声3h，然后置于80℃油浴中，搅拌下反应5h，反应结束后，将反应体系真空抽滤，滤饼用500ml蒸馏水均匀淋洗后，再用500ml无水乙醇洗涤均匀淋洗，最后收集滤纸上的产物，置于烘箱中，80℃下干燥24h，即得到改性石墨烯。
具体地，所述改性纳米二氧化硅按照以下方法制备：
(1)将不同粒径的纳米SiO2分散到MMA中得到固含量为30％的纳米SiO2/MMA分散液；
(2)取10g步骤(1)得到的纳米SiO2/MMA分散液加入到100mL乙醇水溶液中，搅拌分散均匀，乙醇水溶液中乙醇与水的质量比为9:1，然后加入1gγ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷，搅拌均匀后，加氨水调节反应溶液pH＝8-9，最后反应溶液在70℃下搅拌反应12h，干燥蒸发溶剂后，即得到改性纳米二氧化硅。
具体地，所述纳米二氧化钛由粒径为10nm、25nm、50nm、1μm的球形纳米二氧化钛按照质量比为5:2:1:3组成。
具体地，所述溶剂由二甲苯和正丁醇按照质量比3:1组成。
具体地，所述固化剂为聚醚胺或二氧乙基三胺。
具体地，所述固化促进剂为苯酚或苯甲醇。
具体地，所述助剂，以重量份数计，包括以下成分：
Figure BDA0002666507120000031
具体地，所述分散剂为Winsperse-3050或BYK-190。
具体地，所述润湿剂为烷基硫酸钠。
具体地，所述消泡剂为改性聚硅氧烷类聚合物。
具体地，所述流平剂为迪高450型流平剂。
具体地，所述的石墨烯防腐涂料，按照以下步骤制备：
(1)按照配方量，将环氧树脂加入到搅拌容器中，以1000-1500rpm的转速进行搅拌，在搅拌过程中依次加入占溶剂总重量份数1/3的溶剂、锌粉、改性石墨烯、磷铁粉、重质碳酸钙、铝粉浆，然后在2000-3000rpm下搅拌分散1h，然后加入改性纳米二氧化硅，继续在1500-2000rpm下搅拌分散均匀，得到混合物；
(2)将步骤(1)得到的混合物置于研磨机中研磨至20-60μm，依次加入剩余溶剂、固化剂、固化促进剂、助剂，在800-1200rpm下搅拌分散均匀，即得到石墨烯防腐涂料。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所制备的石墨烯防腐涂料具有优异的防腐蚀性能，在严苛的环境中可以长时间的保证全钢高架地板免受水、腐蚀性离子的侵蚀；
(2)本发明所制备的石墨烯防腐涂料中还添加了改性纳米二氧化硅，改性纳米化硅是由不同粒径的纳米二氧化硅表面改性获得，其可以填补相邻石墨烯片层石墨烯之间的间隙，在间隙位置形成密堆积结构，从而破坏了水、腐蚀性粒子渗入金属材料表面的微通道，达到对全钢高架地板长时间的耐腐蚀防护。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明以下实施例和对比例所使用的改性石墨烯按照以下方法制备：
(1)称取0.2g石墨烯加入到1000ml三口烧瓶中，加入400ml无水乙醇，对烧瓶进行适当的封口处理，35℃下超声3h后，得到石墨烯乙醇悬浮液；
(2)在步骤(1)得到的石墨烯乙醇悬浮液中加入25mg KH560、5ml去离子水和2ml乙酸，超声3h，然后置于80℃油浴中，搅拌下反应5h，反应结束后，将反应体系真空抽滤，滤饼用500ml蒸馏水均匀淋洗后，再用500ml无水乙醇洗涤均匀淋洗，最后收集滤纸上的产物，置于烘箱中，80℃下干燥24h，即得到改性石墨烯。
本发明以下实施例和对比例所使用的改性纳米二氧化硅按照以下方法制备：
(1)将不同粒径的纳米SiO2分散到MMA中得到固含量为30％的纳米SiO2/MMA分散液；
(2)取10g步骤(1)得到的纳米SiO2/MMA分散液加入到100mL乙醇水溶液中，搅拌分散均匀，乙醇水溶液中乙醇与水的质量比为9:1，然后加入1gγ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷，搅拌均匀后，加氨水调节反应溶液pH＝8-9，最后反应溶液在70℃下搅拌反应12h，干燥蒸发溶剂后，即得到改性纳米二氧化硅。
本发明以下实施例和对比例所使用的纳米二氧化钛由粒径为10nm、25nm、50nm、1μm的球形纳米二氧化钛按照质量比为5:2:1:3组成。
本发明以下实施例和对比例所使用的溶剂由二甲苯和正丁醇按照质量比3:1组成。
本发明以下实施例和对比例所使用的固化剂为聚醚胺或二氧乙基三胺。
本发明以下实施例和对比例所使用的固化促进剂为苯酚或苯甲醇。
本发明以下实施例和对比例所使用的助剂，以重量份数计，包括以下成分：
Figure BDA0002666507120000051
本发明以下实施例和对比例所使用的分散剂为Winsperse-3050或BYK-190。
本发明以下实施例和对比例所使用的润湿剂为烷基硫酸钠。
本发明以下实施例和对比例所使用的消泡剂为改性聚硅氧烷类聚合物。
本发明以下实施例和对比例所使用的流平剂为迪高450型流平剂。
本发明以下实施例和对比例的石墨烯防腐涂料，按照以下步骤制备：
(1)按照配方量，将环氧树脂加入到搅拌容器中，以1000-1500rpm的转速进行搅拌，在搅拌过程中依次加入占溶剂总重量份数1/3的溶剂、锌粉、改性石墨烯、磷铁粉、重质碳酸钙、铝粉浆，然后在2000-3000rpm下搅拌分散1h，然后加入改性纳米二氧化硅，继续在1500-2000rpm下搅拌分散均匀，得到混合物；
(2)将步骤(1)得到的混合物置于研磨机中研磨至20-60μm，依次加入剩余溶剂、固化剂、固化促进剂、助剂，在800-1200rpm下搅拌分散均匀，即得到石墨烯防腐涂料。
本发明以下实施例和对比例所使用的环氧树脂为E-51型环氧树脂。
实施例1
石墨烯防腐涂料，以重量份数计，包括以下成分：
Figure BDA0002666507120000061
Figure BDA0002666507120000071
实施例2
石墨烯防腐涂料，以重量份数计，包括以下成分：
Figure BDA0002666507120000072
实施例3
石墨烯防腐涂料，以重量份数计，包括以下成分：
Figure BDA0002666507120000073
Figure BDA0002666507120000081
实施例4
石墨烯防腐涂料，以重量份数计，包括以下成分：
Figure BDA0002666507120000082
对比例1同实施例4，不同之处在于：未添加改性纳米二氧化硅。
对比例2同实施例4，不同之处在于：改性纳米二氧化硅制备过程中所采用的纳米二氧化钛由粒径为10nm、25nm、50nm、1μm的球形纳米二氧化钛按照质量比为3:1:2:5组成。
对比例3同实施例4，不同之处在于：改性纳米二氧化硅制备过程中所采用的纳米二氧化钛由粒径为10nm、25nm、50nm的球形纳米二氧化钛按照质量比为3:1:2组成。
对比例4同实施例4，不同之处在于：
石墨烯防腐涂料，以重量份数计，包括以下成分：
Figure BDA0002666507120000091
所述纳米二氧化硅由粒径为10nm、25nm、50nm、1μm的球形纳米二氧化钛按照质量比为5:2:1:3组成。
将实施例1-4和对比例1-4所制备石墨烯防腐涂料喷涂在钢制高架地板表面形成涂层，涂层厚度为70μm。
性能测试：
实施例1-4和对比例1-4所制备石墨烯防腐涂层的耐盐雾性能按照GB/T6739-2006进行测试，并记录涂层开始出现异常(例如起皱、开裂、起泡、脱落)时的时间。
实施例1-4和对比例1-4所制备石墨烯防腐涂层的抗冲击性能按照GB/T1732-1993进行测试。
实施例1-4和对比例1-4所制备石墨烯防腐涂层的柔韧性按照GB/T1731-1993进行测试。
实施例1-4和对比例1-4所制备石墨烯防腐涂层的耐水性按照《GB1763-(79)88漆膜耐化学试剂性测定法》进行测试，记录漆膜开始出现异常(例如起皱、开裂、起泡、脱落)的时间。
实施例1-4和对比例1-4所制备的石墨烯防腐涂层的性能测试如表1所示：
表1
Figure BDA0002666507120000101
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种石墨烯防腐涂料，其特征在于，以重量份数计，包括以下成分：
环氧树脂 25-30份
改性石墨烯 3-5份
锌粉 15-20份
磷铁粉 25-40份
重质碳酸钙 10-18份
改性纳米二氧化硅 5-8份。
溶剂 20-30份
固化剂 3-5份
固化促进剂 0.5-1份
助剂 2-2.5份
铝粉浆 1-1.5份。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯防腐涂料，其特征在于：所述改性石墨烯按照以下方法制备：
（1）称取0.2g石墨烯加入到1000ml三口烧瓶中，加入400ml无水乙醇，对烧瓶进行适当的封口处理，35℃下超声3h后，得到石墨烯乙醇悬浮液；
（2）在步骤（1）得到的石墨烯乙醇悬浮液中加入25mg KH560、5ml去离子水和2ml乙酸，超声3h，然后置于80℃油浴中，搅拌下反应5h，反应结束后，将反应体系真空抽滤，滤饼用500ml蒸馏水均匀淋洗后，再用500ml无水乙醇洗涤均匀淋洗，最后收集滤纸上的产物，置于烘箱中，80℃下干燥24h，即得到改性石墨烯。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯防腐涂料，其特征在于，所述改性纳米二氧化硅按照以下方法制备：
（1）将不同粒径的纳米SiO2分散到MMA中得到固含量为30%的纳米SiO2/MMA分散液；
（2）取10g步骤（1）得到的纳米SiO2/MMA分散液加入到100mL乙醇水溶液中，搅拌分散均匀，乙醇水溶液中乙醇与水的质量比为9:1，然后加入1g γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷，搅拌均匀后，加氨水调节反应溶液pH=8-9，最后反应溶液在70℃下搅拌反应12h，干燥蒸发溶剂后，即得到改性纳米二氧化硅。
4.根据权利要求3所述的一种石墨烯防腐涂料，其特征在于：所述纳米二氧化钛由粒径为10nm、25nm、50nm、1μm的球形纳米二氧化钛按照质量比为5:2:1:3组成。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯防腐蚀涂料，其特征在于：所述溶剂由二甲苯和正丁醇按照质量比3:1组成。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯防腐涂料，其特征在于：所述固化剂为聚醚胺或二氧乙基三胺。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯防腐涂料，其特征在于：所述固化促进剂为苯酚或苯甲醇。
8.根据权利要求1所述的一种石墨烯防腐涂料，其特征在于：所述助剂，以重量份数计，包括以下成分：
润湿剂 0.4-0.6份
分散剂 0.4-0.8份
消泡剂 0.2-0.5份
流平剂 0.5-1份。
9.根据权利要求1-8所述的石墨烯防腐涂料，其特征在于，按照以下步骤制备：
（1）按照配方量，将环氧树脂加入到搅拌容器中，以1000-1500rpm的转速进行搅拌，在搅拌过程中依次加入占溶剂总重量份数1/3的溶剂、锌粉、改性石墨烯、磷铁粉、重质碳酸钙、铝粉浆，然后在2000-3000rpm下搅拌分散1h，然后加入改性纳米二氧化硅，继续在1500-2000rpm下搅拌分散均匀，得到混合物；
（2）将步骤（1）得到的混合物置于研磨机中研磨至20-60μm，依次加入剩余溶剂、固化剂、固化促进剂、助剂，在800-1200rpm下搅拌分散均匀，即得到石墨烯防腐涂料。
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