CN112680056A - 一种防腐涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于涂料技术领域，公开了一种防腐涂料及其制备方法和应用。该防腐涂料，包括组分A和组分B，组分A包括环氧树脂、锌粉、防锈颜料、石墨烯浆料、填料和助剂；组分B包括改性聚酰胺和稀释剂。本发明利用锌粉的阴极保护机理，防止钢材表面发生腐蚀；同时，在涂料中加入石墨烯，减缓腐蚀介质的渗透速率，提升涂层的防腐性能；石墨烯与锌粉搭接形成导电通路，提高锌粉的利用率，可大幅降低锌粉的用量，提高涂料的成膜性、涂层的柔韧性和附着力，增强涂层的耐盐雾效果，应用于海洋装备能够延长海洋装备的防腐时间，减少维修周期及成本。

Description

一种防腐涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种防腐涂料及其制备方法和应用。

背景技术

腐蚀是指材料在周围环境介质的化学、电化学和物理作用下产生的损耗与破坏现象，是材料不可避免的、随机性的一种损伤行为，基本处于任何环境下的材料均会发生腐蚀。但是，由于海洋是地球上最大、最严酷的腐蚀环境，海上温差大、高湿、高盐雾等气候条件大大加速了材料老化、腐蚀的进程，海水、泥沙、油气、海洋生物等也都是形形色色的腐蚀介质。因此，海洋装备长期处于如此恶劣的环境之中，其产生的腐蚀尤为严重。

在众多腐蚀控制技术中，涂料是腐蚀防护的首要手段，而我国海洋装备的现有防护涂料仍然存在这耐盐雾性差、使用寿命短、环境适应性差等问题。

因此，亟需提供一种防腐涂料，具有高耐盐雾性能，能够应用于海洋装备，适应海洋环境。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种防腐涂料，所述涂料具有高耐盐雾性能，能够应用于海洋装备，适应海洋环境。本发明还提出一种防腐涂料的制备方法和应用。

一种防腐涂料，包括组分A和组分B；所述组分A包括环氧树脂、锌粉、防锈颜料、石墨烯浆料、填料和助剂；所述组分B包括改性聚酰胺和稀释剂。

优选的，所述组分A和组分B的质量比为(12-20)：1；进一步优选的，所述组分A和组分B的质量比为(12-18)：1。

优选的，所述填料包括磷铁粉和云母粉。

优选的，按重量份计，在所述防腐涂料中，所述组分A包括环氧树脂10-40份、锌粉10-30份、磷铁粉10-20份、防锈颜料10-20份、云母粉3-10份、石墨烯浆料1-8份和助剂3-15份；所述组分B包括10-50份改性聚酰胺和稀释剂5-10份。

进一步优选的，按重量份计，在所述防腐涂料中，所述组分A包括环氧树脂10-30份、锌粉20-30份、磷铁粉10-20份、防锈颜料10-20份、云母粉5-10份、石墨烯浆料2-5份和助剂3-15份，所述组分B包括20-40份改性聚酰胺和稀释剂5-10份。

优选的，所述改性聚酰胺为腰果酚改性聚酰胺。

优选的，所述防锈颜料为三聚磷酸铝、钼酸锌或磷酸锌中的至少一种。采用磷铁粉和防锈颜料三聚磷酸铝、钼酸锌、磷酸锌等代替部分锌粉，可降低成本，提高性价比。

优选的，所述稀释剂包含二甲苯和正丁醇；进一步优选的，所述稀释剂为二甲苯和正丁醇的混合液；所述二甲苯和正丁醇的体积比为(1-4)：(6-9)。

优选的，所述石墨烯浆料包括石墨烯，所述石墨烯的质量百分比为1-5％；进一步优选的，所述石墨烯的质量百分比为2-4％。

优选的，所述石墨烯浆料的制备方法，包括以下步骤：将吡咯和铁盐溶解，混合，高温反应，得到含碳聚合物；将所述含碳聚合物煅烧，除铁，干燥，得到石墨烯；向所述石墨烯中加入稀释剂，分散，制得所述石墨烯浆料。

采用所述制备方法制得的石墨烯纯度高，单层性好，添加在涂料中与锌粉搭接形成导电通路，提高锌粉的利用率；同时其具有良好的化学、电学和力学性能，将其作为填料加入环氧树脂时，能够减缓腐蚀介质的渗透速率，提升涂层的防腐性能。所述制备方法的制备工艺简单，对环境友好。

优选的，所述高温反应的温度为80-100℃，所述高温反应的时间为12-36h。

优选的，所述煅烧的温度为800-1000℃，所述煅烧的时间为0.5-3h。

优选的，所述稀释剂包括二甲苯和/或正丁醇。

具体的，所述石墨烯浆料的制备方法，包括以下步骤：

将吡咯与铁盐溶解于水中，然后在80-100℃条件下反应12-36h，生成含碳聚合物(聚吡咯)，再将反应后的溶液用液氮冷却后，置于冷冻干燥机中干燥；然后将干燥后的粉末置于管式炉中，在氮气气氛中以3-8℃/min的升温速度升温至800-1000℃煅烧0.5-3h小时，自然冷却后取出固体粉末；然后将粉末分散在50-70℃的稀硫酸中搅拌除去铁粒子，再经抽滤和冷冻干燥即可制得石墨烯。最后在容器中依次稀释剂搅拌均匀，然后边搅拌边加入石墨烯，再用高速混合搅拌1-3h，然后再超声分散1-3h，制得分散均匀的石墨烯浆料。

优选的，所述助剂包括稀释剂、防沉剂、分散剂、消泡剂、流平剂或附着力促进剂中的至少一种。

优选的，所述防沉剂为有机膨润土。

优选的，所述分散剂为BYK-104S、BYK-111或BYK-204中的至少一种。

优选的，所述消泡剂为聚醚改性有机硅或/和聚有机硅氧烷。

优选的，所述流平剂为BYK-358或/和BYK-323。

优选的，所述附着力促进剂为New element XYS-1985、BYK-4511或BYK-4509中的至少一种。

本发明也提出了所述防腐涂料的制备方法。

所述防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将环氧树脂、填料和助剂混合，分散，研磨，得混合物，再向混合物中加入锌粉、防锈颜料、石墨烯浆料和剩余原料，搅拌，得所述涂料的组分A；

(2)将改性聚酰胺和稀释剂混合，制得所述涂料的组分B；

(3)将步骤(1)制得的组分A和步骤(2)制得的组分B混合，即为所述防腐涂料。

本发明还提出了一种涂层，由上述防腐涂料经固化形成，所述涂层的厚度为70-120微米；进一步优选的，所述涂层的厚度为80-100微米。

本发明还提出一种设备，包含所述涂层。如海洋设备。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

本发明利用锌粉的阴极保护机理，由于锌的电极电位低于铁的电极电位，涂覆在钢材表面后与铁组成原电池；当发生腐蚀后时，涂层中的锌优先发生反应(即阴极保护法)，从而防止钢材表面发生腐蚀，且锌粉腐蚀后会生成极难溶的锌盐及锌的配合物，这些化合物附着在基材表面进一步起到屏蔽保护作用；同时，在涂料中加入石墨烯，一方面由于石墨烯自身良好的化学、电学和力学性能，将其作为填料加入环氧树脂时，能够减缓腐蚀介质的渗透速率，提升涂层的防腐性能。另一方面，石墨烯与锌粉搭接形成导电通路，提高锌粉的利用率，可大幅降低锌粉的用量，提高涂料的成膜性、涂层的柔韧性和附着力，增强涂层的耐盐雾效果，应用于海洋装备能够延长海洋装备的防腐时间，减少维修周期及成本。

具体实施方式

为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。

以下实施例中环氧树脂为环氧树脂E51，防锈颜料为三聚磷酸铝，防沉剂为有机膨润土，分散剂为BYK-104S，消泡剂为聚醚改性有机硅，流平剂为BYK-358，附着力促进剂为New element XYS-1985。所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。

实施例1

一种防腐涂料，包括以下组分A和组分B，

其中，组分A原料重量组成如下：

其中，石墨烯浆料按照以下工艺制得：首先将吡咯15g与三氯化铁120g溶解于800ml水中，然后将此溶液在90℃条件下反应24h生成含碳聚合物(聚吡咯)，再将反应后的溶液用液氮冷却后置于冷冻干燥机中干燥；然后将干燥后的粉末置于管式炉中，在氮气气氛中以5℃/min的升温速度升温至900℃煅烧1小时，自然冷却后取出固体粉末；然后将粉末分散在60℃的稀硫酸中搅拌除去铁粒子，再经抽滤和冷冻干燥即可制得石墨烯。最后在容器中依次加入二甲苯、正丁醇搅拌均匀，然后边搅拌边加入石墨烯，再用高速混合搅拌2h，然后再超声分散2h，制得分散均匀的石墨烯浆料。

组分B为改性聚酰胺固化剂，包括以下组分：

腰果酚改性聚酰胺： 20份

稀释剂： 5份

附着力促进剂： 0.1份。

一种防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，按原料配方，首先称取组分A中的环氧树脂、云母粉、防沉剂、稀释剂、分散剂、消泡剂和流平剂加入搅拌罐中，采用高速分散机对其搅拌30min进行预分散，转速为1100rpm，然后倒入三辊研磨机中进行研磨，研磨细度至70μm；

步骤二，将研磨后的浆料加入搅拌罐中，加入附着力促进剂、锌粉、防锈颜料、磷铁粉和石墨烯浆料，高速搅拌70min，即得到组分A；

步骤三，称取组分B中各组分并将其混合即得到固化剂，

步骤四，组分A与组分B按照12：1比例混合均匀得到防腐涂料。

实施例2

一种防腐涂料，包括以下组分A和组分B，

其中，组分A原料重量组成如下：

其中，石墨烯浆料按照以下工艺制得：首先将吡咯15g与三氯化铁120g溶解于800ml水中，然后将此溶液在90℃条件下反应24h生成含碳聚合物(聚吡咯)，再将反应后的溶液用液氮冷却后置于冷冻干燥机中干燥；然后将干燥后的粉末置于管式炉中，在氮气气氛中以5℃/min的升温速度升温至900℃煅烧1小时，自然冷却后取出固体粉末；然后将粉末分散在60℃的稀硫酸中搅拌除去铁粒子，再经抽滤和冷冻干燥即可制得石墨烯。最后在容器中依次加入二甲苯、正丁醇搅拌均匀，然后边搅拌边加入石墨烯，再用高速混合搅拌2h，然后再超声分散2h，制得分散均匀的石墨烯浆料。

组分B为改性聚酰胺固化剂，包括以下组分：

腰果酚改性聚酰胺：30份

稀释剂： 8份

附着力促进剂： 0.2份。

一种防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，按原料配方，首先称取组分A中的环氧树脂、云母粉、防沉剂、稀释剂、分散剂、消泡剂和流平剂加入搅拌罐中，采用高速分散机对其搅拌30min进行预分散，转速为1100rpm，然后倒入三辊研磨机中进行研磨，研磨细度至70μm；

步骤二，将研磨后的浆料加入搅拌罐中，加入附着力促进剂、锌粉、防锈颜料、磷铁粉和石墨烯浆料，高速搅拌70min，即得到组分A；

步骤三，称取组分B中各组分并将其混合即得到固化剂，

步骤四，组分A与组分B按照15：1比例混合均匀得到防腐涂料。

实施例3

一种防腐涂料，包括以下组分A和组分B，

其中，组分A原料重量组成如下：

其中，石墨烯浆料按照以下工艺制得：首先将吡咯15g与三氯化铁120g溶解于800ml水中，然后将此溶液在90℃条件下反应24h生成含碳聚合物(聚吡咯)，再将反应后的溶液用液氮冷却后置于冷冻干燥机中干燥；然后将干燥后的粉末置于管式炉中，在氮气气氛中以5℃/min的升温速度升温至900℃煅烧1小时，自然冷却后取出固体粉末；然后将粉末分散在60℃的稀硫酸中搅拌除去铁粒子，再经抽滤和冷冻干燥即可制得石墨烯。最后在容器中依次加入二甲苯、正丁醇搅拌均匀，然后边搅拌边加入石墨烯，再用高速混合搅拌2h，然后再超声分散2h，制得分散均匀的石墨烯浆料。

组分B为改性聚酰胺固化剂，包括以下组分：

腰果酚改性聚酰胺： 40份

稀释剂： 7份

附着力促进剂： 0.3份

一种防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，按原料配方，首先称取组分A中的环氧树脂、云母粉、防沉剂、稀释剂、分散剂、消泡剂和流平剂加入搅拌罐中，采用高速分散机对其搅拌30min进行预分散，转速为1100rpm，然后倒入三辊研磨机中进行研磨，研磨细度至70μm；

步骤二，将研磨后的浆料加入搅拌罐中，加入附着力促进剂、锌粉、防锈颜料、磷铁粉和石墨烯浆料，高速搅拌70min，即得到组分A；

步骤三，称取组分B中各组分并将其混合即得到固化剂，

步骤四，组分A与组分B按照18：1比例混合均匀得到防腐涂料。

实施例4

一种防腐涂料，包括以下组分A和组分B，

其中，组分A原料重量组成如下：

其中，石墨烯浆料按照以下工艺制得：首先将吡咯15g与三氯化铁120g溶解于800ml水中，然后将此溶液在90℃条件下反应24h生成含碳聚合物(聚吡咯)，再将反应后的溶液用液氮冷却后置于冷冻干燥机中干燥；然后将干燥后的粉末置于管式炉中，在氮气气氛中以5℃/min的升温速度升温至900℃煅烧1小时，自然冷却后取出固体粉末；然后将粉末分散在60℃的稀硫酸中搅拌除去铁粒子，再经抽滤和冷冻干燥即可制得石墨烯。最后在容器中依次加入二甲苯、正丁醇搅拌均匀，然后边搅拌边加入石墨烯，再用高速混合搅拌2h，然后再超声分散2h，制得分散均匀的石墨烯浆料。

组分B为改性聚酰胺固化剂，包括以下组分：

腰果酚改性聚酰胺：30份

稀释剂： 8份

附着力促进剂： 0.2份。

一种防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，按原料配方，首先称取组分A中的环氧树脂、云母粉、防沉剂、稀释剂、分散剂、消泡剂和流平剂加入搅拌罐中，采用高速分散机对其搅拌30min进行预分散，转速为1100rpm，然后倒入三辊研磨机中进行研磨，研磨细度至70μm；

步骤二，将研磨后的浆料加入搅拌罐中，加入附着力促进剂、锌粉、防锈颜料、磷铁粉和石墨烯浆料，高速搅拌70min，即得到组分A；

步骤三，称取组分B中各组分并将其混合即得到固化剂，

步骤四，组分A与组分B按照22：1比例混合均匀得到防腐涂料。

对比例1

对比例1与实施例2的区别在于，将实施例2中组分B中腰果酚改性聚酰胺替换为等量聚酰胺，其余组分和制备方法同实施例2。

产品效果测试

将实施例1-4和对比例1制得的防腐涂料涂覆于制备海洋装备的钢材上，采用标准《GB/T 1771-2007色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》对其防腐性能进行测试，试验结果见下表。

本发明实施例1-4制得的防腐涂料耐受盐雾的时长均大于3000h，明显优于对比例1制得的涂料。

Claims (10)

1.一种防腐涂料，其特征在于，包括组分A和组分B；所述组分A包括环氧树脂、锌粉、防锈颜料、石墨烯浆料、填料和助剂；所述组分B包括改性聚酰胺和稀释剂。

2.根据权利要求1所述的防腐涂料，其特征在于，所述组分A和组分B的质量比为(12-20)：1。

3.根据权利要求1所述的防腐涂料，其特征在于，所述填料包括磷铁粉和云母粉。

4.根据权利要求3所述的防腐涂料，其特征在于，按重量份计，在所述防腐涂料中，所述组分A包括环氧树脂10-40份、锌粉10-30份、磷铁粉10-20份、防锈颜料10-20份、云母粉3-10份、石墨烯浆料1-8份和助剂3-15份；所述组分B包括10-50份改性聚酰胺和稀释剂5-10份。

5.根据权利要求1所述的防腐涂料，其特征在于，所述改性聚酰胺为腰果酚改性聚酰胺。

6.根据权利要求1所述的防腐涂料，其特征在于，所述石墨烯浆料的制备方法，包括以下步骤：将吡咯和铁盐溶解，混合，高温反应，得到含碳聚合物；将所述含碳聚合物煅烧，除铁，干燥，得到石墨烯；向所述石墨烯中加入稀释剂，分散，制得所述石墨烯浆料。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的防腐涂料，其特征在于，所述助剂包括稀释剂、防沉剂、分散剂、消泡剂、流平剂或附着力促进剂中的至少一种。

8.权利要求1-7中任意一项所述的防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将环氧树脂、填料和助剂混合，分散，研磨，得混合物，再向混合物中加入锌粉、防锈颜料、石墨烯浆料和剩余原料，搅拌，得所述涂料的组分A；

(2)将改性聚酰胺和稀释剂混合，制得所述涂料的组分B；

(3)将步骤(1)制得的组分A和步骤(2)制得的组分B混合，即为所述防腐涂料。

9.一种涂层，其特征在于，由权利要求1-7中任意一项所述的防腐涂料经固化形成，所述涂层的厚度为70-120微米。

10.一种设备，其特征在于，包含权利要求9所述的涂层。