CN112194952A - 水性石墨烯环氧耐老化涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了涂料技术领域，具体领域为水性石墨烯环氧耐老化涂料，以水性环氧乳液、消泡剂、石墨烯粉和硫酸钡等组成、水性环氧乳液分子结构中还有醚键、羟基以及活性环氧基等强极性基团，这些基团的存在使环氧树脂分子与相邻界面产生电磁吸附或化学键，产生缔合作用，使环氧乳液分子排列紧密，固化前后涂膜密度差别小，水性石墨烯环氧耐老化涂料加入极小粒径的硫酸钡和云母粉使得涂层抗冲击强度有较大程度的提高，其中云母粉的耐高温、绝缘性能使得水性石墨烯环氧耐老化涂料耐老化性能优异，硫酸钡无毒害且具有较强的疏水性质，有效弥补可水性环氧乳液中残留的水性基团使其对水、氧气等腐蚀介质的屏蔽能力差的缺陷。

Description

水性石墨烯环氧耐老化涂料

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体领域为水性石墨烯环氧耐老化涂料。

背景技术

石墨烯可用于金属防护，石墨烯具有超大的比表面积，优良的阻隔性能、良好的化学稳定性及导电性，对于防腐涂料综合性能具有较强的提升作用，如增强涂层对基材的附着力，提升涂料的耐磨性和防腐性，同时具有环保安全、无二次污染等特性，近年来，基于石墨烯的防腐应用研究主要集中在纯石墨烯防腐涂层以及石墨烯复合防腐涂层，单纯的使用石墨烯用作防腐涂层有很多局限性，如其对石墨烯品质要求较高、金属基底限制较多，对加工设备要求高及较难大规模生产，与纯石墨烯防腐涂料相比，石墨烯复合防腐涂料能够兼顾石墨烯优异的化学稳定性、快速导电性、突出的力学能力和聚合物树脂的强附着力、成膜性和可协同提高涂料的综合性能，另外，石墨烯复合防腐涂料的制备方法和涂覆工艺等都可建立在传统涂料生产工艺基础上，在工业化合成和产业化应用中表现出良好的可控性和施工性。

石墨烯复合涂料防腐机理在于石墨烯本身具有独特的结构，其片层结构可形成“迷宫式”结构，能有效提高涂层的物理阻隔性，片层结构可以将涂层分隔成许多小区间，有效降低涂层内应力，消耗断裂能量，提高涂层柔韧性、抗冲击性和耐磨性；其小尺寸效应，可有效填充涂层缺陷，减少孔隙率，增强致密性。

水性涂料因低污染、易净化、无刺激等特点，成为涂料行业大力发展的绿色环保型涂料，但水性涂料的防护效果仍比不上其对应的溶剂型涂料，导致其在重防腐领域中的应用程度仍然不高,由于成膜机理的不同，水性涂料与溶剂型涂料相比，水性涂料难以形成高度均一、结构高度完整的涂层，其成膜性能、耐磨性能及耐老化性能不佳，水性防腐涂料中残留的水性基团使其对水、氧气等腐蚀介质的屏蔽能力差。

石墨烯与水性涂料的结合必然呈现诸多优异性能，现提出一种对环境友好的水性石墨烯环氧耐老化涂料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对环境友好的水性石墨烯环氧耐老化涂料，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：水性石墨烯环氧耐老化涂料，其包括A组分和B组分，A组分和B组分的原材料组成和相应重量份数为：

B组分：水性环氧固化剂15～20份。

优选的，所述水性环氧乳液的制备方法为：

1)在氮气保护下，将脱水的聚醚和双酚A型环氧树脂混合搅拌，在混合搅拌过程中加入三氟化硼乙醚催化剂，然后加热至120℃，继续搅拌20～30min得到自乳化环氧树脂；

2)在温度为80～90℃下和高速搅拌条件下，向步骤1)制备的自乳化环氧树脂中滴加去离子水至体系粘度骤然下降时停止滴加去离子水，对体系继续搅拌20～30min即得到水性环氧乳液。

优选的，所述硫酸钡为粉状，所述硫酸钡粒径为800目。

优选的，所述云母粉粒径为500目。

优选的，水性石墨烯环氧耐老化涂料，其制备方法为：

1)将去离子水加入到分散罐中，在搅拌的条件下加入消泡剂、石墨烯粉、分散剂进行高速分散，分散时间为60min，再采用纳米研磨机进行研磨，制备成水性石墨烯浆料；

2)将步骤1)制备的水性石墨烯浆料与水性环氧乳液混合，在低速搅拌下加入硫酸钡、滑石粉、云母粉和水性环氧固化剂，然后对混合物进行高速搅拌，搅拌时间为30min，搅拌完毕后即得到水性石墨烯环氧耐老化涂料。

本发明的有益效果是：水性石墨烯环氧耐老化涂料，水性环氧乳液分子结构中还有醚键、羟基以及活性环氧基等强极性基团，这些基团的存在使环氧树脂分子与相邻界面产生电磁吸附或化学键，水性环氧乳液在固化过程中还会派生出部分羟基，羟基之间将产生氢键缔合作用，使环氧乳液分子排列紧密，固化前后涂膜密度差别小，水性石墨烯环氧耐老化涂料加入极小粒径的硫酸钡和云母粉使得涂层抗冲击强度有较大程度的提高，其中云母粉的耐高温、绝缘性能使得水性石墨烯环氧耐老化涂料耐老化性能优异，硫酸钡无毒害且具有较强的疏水性质，有效弥补可水性环氧乳液中残留的水性基团使其对水、氧气等腐蚀介质的屏蔽能力差的缺陷。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

首先制备水性环氧乳液：

1)在氮气保护下，将脱水的聚醚和双酚A型环氧树脂混合搅拌，在混合搅拌过程中加入三氟化硼乙醚催化剂，然后加热至120℃，继续搅拌20min得到自乳化环氧树脂；

2)在温度为80℃下和高速搅拌条件下，向步骤1)制备的自乳化环氧树脂中滴加去离子水至体系粘度骤然下降时停止滴加去离子水，对体系继续搅拌20min即得到水性环氧乳液。

然后制备水性石墨烯环氧耐老化涂料：

1)将去离子水30份加入到分散罐中，在搅拌的条件下加入消泡剂1份、石墨烯粉0.5份、分散剂1份进行高速分散，分散时间为60min，再采用纳米研磨机进行研磨，制备成水性石墨烯浆料；

2)将步骤1)制备的水性石墨烯浆料与水性环氧乳液30份混合，在低速搅拌下加入硫酸钡1份、滑石粉3份、云母粉2份和水性环氧固化剂15份，然后对混合物进行高速搅拌，搅拌时间为30min，搅拌完毕后即得到水性石墨烯环氧耐老化涂料。

实施例2：

首先制备水性环氧乳液：

1)在氮气保护下，将脱水的聚醚和双酚A型环氧树脂混合搅拌，在混合搅拌过程中加入三氟化硼乙醚催化剂，然后加热至120℃，继续搅拌20min得到自乳化环氧树脂；

2)在温度为80℃下和高速搅拌条件下，向步骤1)制备的自乳化环氧树脂中滴加去离子水至体系粘度骤然下降时停止滴加去离子水，对体系继续搅拌20min即得到水性环氧乳液。

然后制备水性石墨烯环氧耐老化涂料：

1)将去离子水33份加入到分散罐中，在搅拌的条件下加入消泡剂1.2份、石墨烯粉1份、分散剂1份进行高速分散，分散时间为60min，再采用纳米研磨机进行研磨，制备成水性石墨烯浆料；

2)将步骤1)制备的水性石墨烯浆料与水性环氧乳液32份混合，在低速搅拌下加入硫酸钡1.4份、滑石粉3.4份、云母粉2.6份和水性环氧固化剂16份，然后对混合物进行高速搅拌，搅拌时间为30min，搅拌完毕后即得到水性石墨烯环氧耐老化涂料。

实施例3：

首先制备水性环氧乳液：

1)在氮气保护下，将脱水的聚醚和双酚A型环氧树脂混合搅拌，在混合搅拌过程中加入三氟化硼乙醚催化剂，然后加热至120℃，继续搅拌25min得到自乳化环氧树脂；

2)在温度为80℃下和高速搅拌条件下，向步骤1)制备的自乳化环氧树脂中滴加去离子水至体系粘度骤然下降时停止滴加去离子水，对体系继续搅拌20min即得到水性环氧乳液。

然后制备水性石墨烯环氧耐老化涂料：

1)将去离子水36份加入到分散罐中，在搅拌的条件下加入消泡剂1.4份、石墨烯粉1.5份、分散剂1份进行高速分散，分散时间为60min，再采用纳米研磨机进行研磨，制备成水性石墨烯浆料；

2)将步骤1)制备的水性石墨烯浆料与水性环氧乳液34份混合，在低速搅拌下加入硫酸钡1.8份、滑石粉3.8份、云母粉3.2份和水性环氧固化剂17份，然后对混合物进行高速搅拌，搅拌时间为30min，搅拌完毕后即得到水性石墨烯环氧耐老化涂料。

实施例4：

首先制备水性环氧乳液：

1)在氮气保护下，将脱水的聚醚和双酚A型环氧树脂混合搅拌，在混合搅拌过程中加入三氟化硼乙醚催化剂，然后加热至120℃，继续搅拌25min得到自乳化环氧树脂；

2)在温度为90℃下和高速搅拌条件下，向步骤1)制备的自乳化环氧树脂中滴加去离子水至体系粘度骤然下降时停止滴加去离子水，对体系继续搅拌30min即得到水性环氧乳液。

然后制备水性石墨烯环氧耐老化涂料：

1)将去离子水39份加入到分散罐中，在搅拌的条件下加入消泡剂1.6份、石墨烯粉2份、分散剂2份进行高速分散，分散时间为60min，再采用纳米研磨机进行研磨，制备成水性石墨烯浆料；

2)将步骤1)制备的水性石墨烯浆料与水性环氧乳液36份混合，在低速搅拌下加入硫酸钡2.2份、滑石粉4.2份、云母粉3.8份和水性环氧固化剂18份，然后对混合物进行高速搅拌，搅拌时间为30min，搅拌完毕后即得到水性石墨烯环氧耐老化涂料。

实施例5：

首先制备水性环氧乳液：

1)在氮气保护下，将脱水的聚醚和双酚A型环氧树脂混合搅拌，在混合搅拌过程中加入三氟化硼乙醚催化剂，然后加热至120℃，继续搅拌30min得到自乳化环氧树脂；

2)在温度为90℃下和高速搅拌条件下，向步骤1)制备的自乳化环氧树脂中滴加去离子水至体系粘度骤然下降时停止滴加去离子水，对体系继续搅拌30min即得到水性环氧乳液。

然后制备水性石墨烯环氧耐老化涂料：

1)将去离子水42份加入到分散罐中，在搅拌的条件下加入消泡剂1.8份、石墨烯粉2.5份、分散剂2份进行高速分散，分散时间为60min，再采用纳米研磨机进行研磨，制备成水性石墨烯浆料；

2)将步骤1)制备的水性石墨烯浆料与水性环氧乳液38份混合，在低速搅拌下加入硫酸钡2.6份、滑石粉4.6份、云母粉4.4份和水性环氧固化剂19份，然后对混合物进行高速搅拌，搅拌时间为30min，搅拌完毕后即得到水性石墨烯环氧耐老化涂料。

实施例6：

首先制备水性环氧乳液：

1)在氮气保护下，将脱水的聚醚和双酚A型环氧树脂混合搅拌，在混合搅拌过程中加入三氟化硼乙醚催化剂，然后加热至120℃，继续搅拌30min得到自乳化环氧树脂；

2)在温度为90℃下和高速搅拌条件下，向步骤1)制备的自乳化环氧树脂中滴加去离子水至体系粘度骤然下降时停止滴加去离子水，对体系继续搅拌30min即得到水性环氧乳液。

然后制备水性石墨烯环氧耐老化涂料：

1)将去离子水45份加入到分散罐中，在搅拌的条件下加入消泡剂2份、石墨烯粉3份、分散剂2份进行高速分散，分散时间为60min，再采用纳米研磨机进行研磨，制备成水性石墨烯浆料；

2)将步骤1)制备的水性石墨烯浆料与水性环氧乳液40份混合，在低速搅拌下加入硫酸钡3份、滑石粉5份、云母粉4.5份和水性环氧固化剂20份，然后对混合物进行高速搅拌，搅拌时间为30min，搅拌完毕后即得到水性石墨烯环氧耐老化涂料。

对实施例1至6制备的水性石墨烯环氧耐老化涂料进行多项检测，检测项目如下表：

由试验结果可知，本发明水性石墨烯环氧耐老化涂料相对于现有的水性涂料具有成膜性能良好，抗冲击性能好和耐盐雾性强等诸多优点。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.水性石墨烯环氧耐老化涂料，其特征在于：其包括A组分和B组分，A组分和B组分的原材料组成和相应重量份数为：

2.根据权利要求1所述的水性石墨烯环氧耐老化涂料，其特征在于：所述水性环氧乳液的制备方法为：

1)在氮气保护下，将脱水的聚醚和双酚A型环氧树脂混合搅拌，在混合搅拌过程中加入三氟化硼乙醚催化剂，然后加热至120℃，继续搅拌20～30min得到自乳化环氧树脂；

2)在温度为80～90℃下和高速搅拌条件下，向步骤1)制备的自乳化环氧树脂中滴加去离子水至体系粘度骤然下降时停止滴加去离子水，对体系继续搅拌20～30min即得到水性环氧乳液。

3.根据权利要求1所述的水性石墨烯环氧耐老化涂料，其特征在于：所述硫酸钡为粉状，所述硫酸钡粒径为800目。

4.根据权利要求1所述的水性石墨烯环氧耐老化涂料，其特征在于：所述云母粉粒径为500目。

5.根据权利要求1所述的水性石墨烯环氧耐老化涂料，其特征在于：其制备方法为：

1)将去离子水加入到分散罐中，在搅拌的条件下加入消泡剂、石墨烯粉、分散剂进行高速分散，分散时间为60min，再采用纳米研磨机进行研磨，制备成水性石墨烯浆料；

2)将步骤1)制备的水性石墨烯浆料与水性环氧乳液混合，在低速搅拌下加入硫酸钡、滑石粉、云母粉和水性环氧固化剂，然后对混合物进行高速搅拌，搅拌时间为30min，搅拌完毕后即得到水性石墨烯环氧耐老化涂料。