CN113698847A - 一种底面合一的高性能石墨烯重防腐涂料及其制备方法和成型工艺 - Google Patents

Abstract

一种底面合一的高性能石墨烯重防腐涂料，由A组分和B组分两部分组成，其中，A组分包括：双酚A型环氧树脂、苯酚甲醛环氧树脂、脂环族改性环氧树脂、多官能度活性稀释剂、绢云母、石墨烯、白炭黑、硼酸盐微球、二氧化锆和无水乙醇或分析纯丙酮溶剂混合而成；B组分包括：室温固化剂和无水乙醇或分析纯丙酮混合而成；本发明可对施工工期进行调节，同时与树脂基体反应形成致密的交联网络，比同类材料涂层具有更高的基材附着力、韧性、阻隔性、耐盐雾、耐湿热性能和耐酸性，可解决装备在大气海洋环境的腐蚀防护问题。

Description

一种底面合一的高性能石墨烯重防腐涂料及其制备方法和成 型工艺

技术领域

本发明涉及一种底面合一的高性能石墨烯重防腐涂料及其制备方法，该重防腐涂料可室温快速固化，施工方便，具有优异的附着力、耐盐雾、耐湿热、耐老化性能。

背景技术

腐蚀是金属、混凝土、木材等物体受周围环境介质的化学作用或电化学作用而损坏的现象。据相关统计，全世界因腐蚀造成的经济损失高达几千亿美元。目前最有效、最经济、最普遍的防腐蚀办法是采用防腐涂料，防腐涂料直接附着在金属基材上，隔绝腐蚀介质的进入。现广泛应用于市政交通、化学工业、建筑钢结构等方面，但针对航天工程、船舰、海上工程等更加恶劣的大气环境，如海洋环境、岛礁环境等，现有的防腐涂料已不能满足其更加严酷的防腐性能。

发明内容

本发明的目的是提出一种底面合一的高性能石墨烯重防腐涂料及其制备方法和成型工艺，以解决现有产品在严酷大气海洋环境下腐蚀失效的问题，同时便于施工、维护。

一种底面合一的高性能石墨烯重防腐涂料，由A组分和B组分两部分组成，其中，A组分包括：双酚A型环氧树脂、苯酚甲醛环氧树脂、脂环族改性环氧树脂、多官能度活性稀释剂、绢云母、石墨烯、白炭黑、硼酸盐微球、二氧化锆和无水乙醇或分析纯丙酮溶剂混合而成，其中，各组分的重量份为，双酚A型环氧树脂：40～60，苯酚甲醛环氧树脂：20～30，脂环族改性环氧树脂：10～20，多官能度活性稀释剂：15～30，绢云母：6～8，石墨烯：3～5，白炭黑：10～15，硼酸盐微球：3～5，二氧化锆：20～30，无水乙醇或分析纯丙酮溶剂30～50；

B组分包括：室温固化剂和无水乙醇或分析纯丙酮混合而成，其中，各组分的重量份为，室温固化剂：80～100，无水乙醇或分析纯丙酮：10～15；

其中，双酚A型环氧树脂的粘度为：在25℃时为5000～10000mPa·s，苯酚甲醛环氧树脂的粘度为：在150℃时为1000～3000mPa·s，脂环族改性环氧树脂的粘度为：在25℃时为500～1000mPa·s，多官能度活性稀释剂的粘度为：在25℃时为30～600mPa·s。

其中A组分中的硼酸盐微球为偏硼酸钡、偏硼酸钙和硼酸钛钡中的一种或几种。

其中室温固化剂为脂肪胺类、芳香胺类或聚酰胺类中的一种或几种。

一种底面合一的高性能石墨烯重防腐涂料的制备方法，包括下列步骤，

A组分制备的具体步骤：

步骤一、将绢云母、白炭黑、硼酸盐微球、二氧化锆放入烘箱中80℃～100℃烘干4小时以上，凉至室温后用120目过滤筛过滤，备用；

步骤二、常温下，将20～30重量份苯酚甲醛树脂先用30～50重量份溶剂溶解，然后按照依次加入40～60重量份双酚A环氧树脂、10～20重量份脂环族改性环氧树脂、15～30重量份活性稀释剂，搅拌均匀；

步骤三、取3～5重量份石墨烯、烘干后的10～15重量份白炭黑、6～8重量份绢云母、3～5重量份硼酸盐微球、20～30重量份二氧化锆在常温下混合均匀，待用；

步骤四、将步骤三混合均匀的填料加入步骤二混合好的树脂中，并用气动搅拌机搅拌40～120分钟至状态均匀；

步骤五、在步骤四得到搅拌均匀的涂料中加入2～3mm玻璃珠进行研磨，研磨时间不少于40分钟；

步骤六、研磨结束后用120目过滤筛过滤，封装备用；

B组分制备的具体步骤：

步骤七、称取80～100重量份的室温固化剂，加入10～15重量份溶剂稀释，用气动搅拌机搅拌40～120分钟，封装备用。

制作的一种底面合一的高性能石墨烯重防腐涂料的成型工艺，根据实际工件状态，该涂料能够进行喷涂、刷涂、浸涂多种成型工艺。

所述的喷涂成型工艺，其具体步骤为：

第一步，将权利要求4中制作的A组分与B组分按照质量比3：2称量混合，用搅拌机搅拌20～40min，根据具体施工工艺加入溶剂调节粘度至60～120s，用涂-4杯测量，静置熟化30分钟后即可以使用；

第二步，将步骤一得到涂料进行喷涂、刷涂或浸涂在在清洁的工件表面；如用普通气动喷枪将熟化好的涂料喷涂在清洁的工件表面，其喷涂压力0.3～0.5MPa，喷枪与试件表面距离为300～500mm。

第三步，喷涂、刷涂或浸涂完成后室温晾置20～30min以上；

第四步，重复第二步和第三步，直到达到规范要求厚度；

第五步，室温固化24h可进行转运操作，室温72h以上完全固化。

本发明的有益效果：本发明针对装备在岛礁环境下的防腐要求，制备了一种室温固化，底面合一，具有优异的附着力、耐盐雾、耐湿热的重防腐涂料。选用环氧树脂、改性环氧树脂基体树脂，以室温固化型为固化剂，引入石墨烯、绢云母等二维插层薄片纳米材料，混合其他功能填料，特别是对各组分的粘性有特别的限定，因此，使本发明涂层具有高强的附着力和对腐蚀介质的阻隔性，同时使涂层具有一定的韧性，解决了产品在严酷的大气海洋环境下的腐蚀问题。

本发明能够对施工工期进行调节，制作好的A组分和B组分，能够分别保存3个月至6个月，本发明同时与树脂基体反应形成致密的交联网络，本发明具有高比表面积与优异的化学稳定性，本发明利用石墨烯的小尺寸效应、微观结构的迷宫效应和快速导电效应与绢云母的屏蔽性、耐候与耐酸碱性，比同类材料涂层具有更高的基材附着力、韧性、阻隔性、耐盐雾、耐湿热性能和耐酸性，可解决装备在大气海洋环境的腐蚀防护问题。

附图说明

图1、本发明产品施工完成时的照片；

图2、图1所示的本发明产品施工后在岛礁环境投放1年后的照片。

通过图1和图2的对比，说明本发明在长达一年的海水中浸泡时间，本发明产品光泽度有稍许下降，但整体涂层无剥落、裂纹等现象，说明本发明产品有非常优异的附着性能。

具体实施方式

以下结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

为实现本发明目的，提出以下技术方案：

本发明石墨烯重防腐涂料由A、B两部分组成。

表1各组分配方组成

本发明提供的石墨烯重防腐涂料各组分制备具体步骤如下：

(1)A组分制备具体步骤：

第一步，将绢云母、白炭黑、硼酸盐微球、二氧化锆放入烘箱中80℃～100℃烘干4小时以上，用120目过滤筛过滤，备用。

第二步，将20～30重量份苯酚甲醛树脂先用30～50重量份溶剂溶解，然后按照依次加入40～60重量份双酚A环氧树脂、10～20重量份脂环族改性环氧树脂、15～30重量份活性稀释剂，搅拌均匀。

第三步，将3～5重量份石墨烯、烘干后的10～15重量份白炭黑、6～8重量份绢云母、3～5重量份硼酸盐微球、20～30重量份二氧化锆混合均匀，待用。

第四步，将混合均匀的填料加入混合好的树脂中，并用气动搅拌机搅拌40～120分钟至状态均匀。

第五步，在搅拌均匀的涂料中加入2～3mm玻璃珠进行研磨，研磨时间不少于40分钟。

第六步，研磨结束后用120目过滤筛过滤，封装备用。

(2)B组分制备具体步骤：

称取80～100重量份的室温固化剂，加入10～15重量份溶剂稀释，用气动搅拌机搅拌40～120分钟，封装备用。

(3)石墨烯重防腐涂料成型工艺

根据实际工件状态，该涂料可进行喷涂、刷涂、浸涂等多种成型工艺，以喷涂为例：

第一步，将A组分与B组分按照质量比3：2称量混合，用搅拌机搅拌20～40min，根据具体施工工艺加入溶剂调节粘度至60～120s(涂-4杯测量)，静置熟化30分钟可以使用。

第二步，用普通气动喷枪将熟化好的涂料喷涂在清洁的工件表面(可进行打磨、喷砂、阳极氧化等表面处理)，喷涂压力0.3～0.5MPa，喷枪与试件表面距离为300～500mm。

第三步，第一遍喷涂完成后室温晾置20～30min。

第四步，重复第二步和第三步，直到达到规范要求厚度。

第五步，室温固化24h可进行转运等操作，室温72h以上完全固化。

实施例一：

(1)A组分：

第一步，将绢云母、白炭黑、偏硼酸钡、二氧化锆放入烘箱中80℃～100℃烘干4小时以上，用120目过滤筛过滤，备用。

第二步，将20重量份苯酚甲醛树脂先用30重量份丙酮溶解，然后按照依次加入40重量份双酚A环氧树脂、10重量份脂环族改性环氧树脂、15重量份活性稀释剂，搅拌均匀。

第三步，将3重量份石墨烯、烘干后的6重量份绢云母、10重量份白炭黑、3重量份偏硼酸钡、20重量份二氧化锆混合均匀，待用。

第四步，将混合均匀的填料加入混合好的树脂中，并用气动搅拌机搅拌60分钟至状态均匀。

第五步，在搅拌均匀的涂料中加入2～3mm玻璃珠进行研磨，研磨时间40分钟。

第六步，研磨结束后用120目过滤筛过滤，封装备用。

(2)B组分制备具体步骤：

称取80重量份的酰胺固化剂，加入10重量份无水乙醇稀释，用气动搅拌机搅拌60分钟，封装备用。

(3)石墨烯重防腐涂料成型工艺

第一步，将A组分与B组分按照质量比3：2称量混合，用搅拌机搅拌20min，加入丙酮调节粘度至90s(涂-4杯测量)，静置熟化30分钟可以使用。

第二步，用普通气动喷枪将熟化好的涂料喷涂在清洁的工件表面(可进行打磨、喷砂、阳极氧化等表面处理)，喷涂压力0.5MPa，喷枪与试件表面距离为300mm。

第三步，第一遍喷涂完成后室温晾置30min。

第四步，重复第二步和第三步7次，达到厚度0.3～0.4mm。

第五步，室温固化24h可进行转运等操作，室温72h完全固化。

实施例二：

(1)A组分：

第一步，将白炭黑、偏硼酸钙、二氧化锆放入烘箱中80℃～100℃烘干4小时以上，用120目过滤筛过滤，备用。

第二步，将25重量份苯酚甲醛树脂先用40重量份丙酮溶解，然后按照依次加入45重量份双酚A环氧树脂、12重量份脂环族改性环氧树脂、18重量份活性稀释剂，搅拌均匀。

第三步，将4重量份石墨烯、烘干后的7重量份绢云母、12重量份白炭黑、4.5重量份偏硼酸钙、25重量份二氧化锆混合均匀，待用。

第四步，将混合均匀的填料加入混合好的树脂中，并用气动搅拌机搅拌40分钟至状态均匀。

第五步，在搅拌均匀的涂料中加入2～3mm玻璃珠进行研磨，研磨时间60分钟。

第六步，研磨结束后用120目过滤筛过滤，封装备用。

(2)B组分制备具体步骤：

称取90重量份的芳香胺固化剂，加入15重量份无水乙醇稀释，用气动搅拌机搅拌40分钟，封装备用。

(3)石墨烯重防腐涂料成型工艺

第一步，将A组分与B组分按照质量比3：2称量混合，用搅拌机搅拌20min，加入丙酮调节粘度至120s(涂-4杯测量)，静置熟化30分钟可以使用。

第二步，用普通气动喷枪将熟化好的涂料喷涂在清洁的工件表面(可进行打磨、喷砂、阳极氧化等表面处理)，喷涂压力0.4MPa，喷枪与试件表面距离为400mm。

第三步，第一遍喷涂完成后室温晾置20min。

第四步，重复第二步和第三步5次，达到厚度0.15～0.25mm。

第五步，室温固化24h可进行转运等操作，室温72h完全固化。

实施例三：

(1)A组分：

第一步，将白炭黑、偏硼酸钙、二氧化锆放入烘箱中80℃～100℃烘干4小时以上，用120目过滤筛过滤，备用。

第二步，将28重量份苯酚甲醛树脂先用45重量份丙酮溶解，然后按照依次加入55重量份双酚A环氧树脂、18重量份脂环族改性环氧树脂、24重量份活性稀释剂，搅拌均匀。

第三步，将5重量份石墨烯、烘干后的7.5重量份绢云母、14重量份白炭黑、5重量份硼酸钛钡、28重量份二氧化锆混合均匀，待用。

第四步，将混合均匀的填料加入混合好的树脂中，并用气动搅拌机搅拌40分钟至状态均匀。

第五步，在搅拌均匀的涂料中加入2～3mm玻璃珠进行研磨，研磨时间60分钟。

第六步，研磨结束后用120目过滤筛过滤，封装备用。

(2)B组分制备具体步骤：

称取95重量份的芳香胺固化剂，加入13重量份无水乙醇稀释，用气动搅拌机搅拌40分钟，封装备用。

(3)石墨烯重防腐涂料成型工艺

第一步，将A组分与B组分按照质量比3：2称量混合，用搅拌机搅拌20min，加入丙酮调节粘度至120s(涂-4杯测量)，静置熟化30分钟可以使用。

第二步，用普通气动喷枪将熟化好的涂料喷涂在清洁的工件表面(可进行打磨、喷砂、阳极氧化等表面处理)，喷涂压力0.4MPa，喷枪与试件表面距离为400mm。

第三步，第一遍喷涂完成后室温晾置20min。

第四步，重复第二步和第三步5次，达到厚度0.15～0.25mm。

第五步，室温固化24h可进行转运等操作，室温72h完全固化。

实施例四：

将A组分与B组分按照质量比3：2称量混合，用搅拌机搅拌40min，制备成石墨烯重防腐涂料，进行性能测试。

附着力测试：GB/T5210-2006，涂层厚度0.1mm；

盐雾试验：平板试片，GB/T1771-2007，涂层厚度0.1mm；

湿热试验：平板试片，GB/T1740-2007，涂层厚度0.1mm；

太阳辐射：平板试片，GJB150.7A-2009，涂层厚度0.1mm；

耐老化：平板试片，GB/T1865-2009，涂层厚度0.1mm；

岛礁环境投放试验：焊接平板试片，投放地点：万宁59所海上试验平台，投放时间：1年，涂层厚度0.1mm。

表2实施例性能测试结果

本发明以多种杂化树脂为基体，以脂肪胺类、芳香胺类、酰胺类固化剂为室温固化体系，可对施工工期进行调节，同时与树脂基体反应形成致密的交联网络，引入石墨烯、绢云母二维片状纳米材料，具有高比表面积与优异的化学稳定性，利用石墨烯的小尺寸效应、微观结构的迷宫效应和快速导电效应与绢云母的屏蔽性、耐候与耐酸碱性，与同类材料涂层具有更高的基材附着力、韧性、阻隔性、耐盐雾、耐湿热性能和耐酸性，可解决装备在大气海洋环境的腐蚀防护问题。

Claims (6)

1.一种底面合一的高性能石墨烯重防腐涂料，由A组分和B组分两部分组成，其中，A组分包括：双酚A型环氧树脂、苯酚甲醛环氧树脂、脂环族改性环氧树脂、多官能度活性稀释剂、绢云母、石墨烯、白炭黑、硼酸盐微球、二氧化锆和无水乙醇或分析纯丙酮溶剂混合而成，其中，各组分的重量份为，双酚A型环氧树脂：40～60，苯酚甲醛环氧树脂：20～30，脂环族改性环氧树脂：10～20，多官能度活性稀释剂：15～30，绢云母：6～8，石墨烯：3～5，白炭黑：10～15，硼酸盐微球：3～5，二氧化锆：20～30，无水乙醇或分析纯丙酮溶剂30～50；

B组分包括：室温固化剂和无水乙醇或分析纯丙酮混合而成，其中，各组分的重量份为，室温固化剂：80～100，无水乙醇或分析纯丙酮：10～15；

其中，双酚A型环氧树脂的粘度为：在25℃时为5000～10000mPa·s，苯酚甲醛环氧树脂的粘度为：在150℃时为1000～3000mPa·s，脂环族改性环氧树脂的粘度为：在25℃时为500～1000mPa·s，多官能度活性稀释剂的粘度为：在25℃时为30～600mPa·s。

2.根据权利要求1所述的一种底面合一的高性能石墨烯重防腐涂料，其特征在于，其中A组分中的硼酸盐微球为偏硼酸钡、偏硼酸钙和硼酸钛钡中的一种或几种。

3.根据权利要求1或3所述的一种底面合一的高性能石墨烯重防腐涂料，其特征在于，其中室温固化剂为脂肪胺类、芳香胺类或聚酰胺类中的一种或几种。

4.一种底面合一的高性能石墨烯重防腐涂料的制备方法，包括下列步骤，

A组分制备的具体步骤：

步骤一、将绢云母、白炭黑、硼酸盐微球、二氧化锆放入烘箱中80℃～100℃烘干4小时以上，凉至室温后用120目过滤筛过滤，备用；

步骤二、常温下，将20～30重量份苯酚甲醛树脂先用30～50重量份溶剂溶解，然后按照依次加入40～60重量份双酚A环氧树脂、10～20重量份脂环族改性环氧树脂、15～30重量份活性稀释剂，搅拌均匀；

步骤三、取3～5重量份石墨烯、烘干后的10～15重量份白炭黑、6～8重量份绢云母、3～5重量份硼酸盐微球、20～30重量份二氧化锆在常温下混合均匀，待用；

步骤四、将步骤三混合均匀的填料加入步骤二混合好的树脂中，并用气动搅拌机搅拌40～120分钟至状态均匀；

步骤五、在步骤四得到搅拌均匀的涂料中加入2～3mm玻璃珠进行研磨，研磨时间不少于40分钟；

步骤六、研磨结束后用120目过滤筛过滤，封装备用；

B组分制备的具体步骤：

步骤七、称取80～100重量份的室温固化剂，加入10～15重量份溶剂稀释，用气动搅拌机搅拌40～120分钟，封装备用。

5.根据权利要求4制作的一种底面合一的高性能石墨烯重防腐涂料的成型工艺，根据实际工件状态，该涂料能够进行喷涂、刷涂、浸涂多种成型工艺。

6.根据权利要求5所述的一种底面合一的高性能石墨烯重防腐涂料的成型工艺，其喷涂成型工艺的具体步骤为：

第一步，将权利要求4中制作的A组分与B组分按照质量比3：2称量混合，用搅拌机搅拌20～40min，根据具体施工工艺加入溶剂调节粘度至60～120s，用涂-4杯测量，静置熟化30分钟后即可以使用；

第二步，将步骤一得到涂料进行喷涂、刷涂或浸涂在在清洁的工件表面；如用普通气动喷枪将熟化好的涂料喷涂在清洁的工件表面，其喷涂压力0.3～0.5MPa，喷枪与试件表面距离为300～500mm。

第三步，喷涂、刷涂或浸涂完成后室温晾置20～30min以上；

第四步，重复第二步和第三步，直到达到规范要求厚度；

第五步，室温固化24h可进行转运操作，室温72h以上完全固化。

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