CN114479613A - 一种环氧树脂粉末涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环氧树脂粉末涂料及其制备方法和应用。本发明的环氧树脂粉末涂料包括以下质量份的组分：环氧树脂：100份；石墨烯纳米片：0.2份～1.6份；固化剂：10份～50份；颜填料：10份～100份；助剂：2份～20份。本发明的环氧树脂粉末涂料形成的涂层具有高粘附性、低摩擦、高耐磨性、高耐蚀性能，且其制备工艺简单、成本低，适合进行大规模工业化生产，在苛刻复杂的机械‑腐蚀耦合损伤环境中具有广阔的应用前景。

Description

一种环氧树脂粉末涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及防腐涂料技术领域，具体涉及一种环氧树脂粉末涂料及其制备方法和应用。
背景技术
金属腐蚀不仅会给人类带来经济上的损失，而且还会危害生态环境和危及人身安全，所以金属防腐至关重要。目前，应用最广泛的金属防腐方法是在金属基材表面涂覆防腐涂料，形成具有保护作用的防腐涂层，最终达到防腐的效果。
粉末涂料是由固体树脂、颜料、填料和助剂等组成的固体粉末状合成树脂涂料，其具有不含挥发性有机化合物(VOC)、材料利用率高等优点，近年来被广泛用作金属基材的功能性防护涂料。环氧树脂粉末涂料具有优异的粘和性，在金属表面喷涂热固化后可以形成坚硬的涂层，该涂层具有较好的防腐性能。然而，现有的环氧树脂粉末涂料形成的涂层在侵蚀性环境中遭受到滑动、滚动、微动和撞击等机械作用时(即机械-腐蚀耦合作用)，其防腐性能会显著下降，使用寿命会大幅缩短，已经难以满足日益增长的实际应用需求。
因此，开发一种形成的涂层具有高粘附性、低摩擦、高耐磨性、高耐蚀性能的环氧树脂粉末涂料具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环氧树脂粉末涂料及其制备方法和应用。
本发明所采取的技术方案是：
一种环氧树脂粉末涂料，其包括以下质量份的组分：
环氧树脂：100份；
石墨烯纳米片：0.2份～1.6份；
固化剂：10份～50份；
颜填料：10份～100份；
助剂：2份～20份。
优选的，一种环氧树脂粉末涂料，其包括以下质量份的组分：
环氧树脂：100份；
石墨烯纳米片：0.3份～1.2份；
固化剂：20份～40份；
颜填料：30份～70份；
助剂：5份～15份。
优选的，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂中的至少一种。
优选的，所述石墨烯纳米片的片层直径为3μm～9μm，片层厚度为1nm～3nm。
优选的，所述固化剂选自双氰胺固化剂、酚类固化剂、酸酐类固化剂中的至少一种。
优选的，所述颜填料选自钛白粉、硫酸钡粉、硅灰石粉、云母粉中的至少一种。
优选的，所述助剂选自光亮剂、流平剂、脱气剂、抗氧剂、紫外光吸收剂、光稳定剂、附着力促进剂中的至少一种。
上述环氧树脂粉末涂料的制备方法包括以下步骤：将环氧树脂、固化剂、颜填料和助剂混合均匀，再加入石墨烯纳米片，混合均匀后进行挤出、压片、磨粉和筛分，即得环氧树脂粉末涂料。
一种防腐涂层，其组成包括上述环氧树脂粉末涂料。
上述防腐涂层的制备方法包括以下步骤：将环氧树脂粉末涂料静电喷涂至金属基材表面，进行烘烤固化，冷却，即得防腐涂层。
优选的，所述静电喷涂的工艺参数为：静电电压为60kV～70kV，喷枪口离金属基材的距离为10cm～20cm，喷粉角度为70°～90°，喷粉压力为0.4MPa～0.7MPa。
优选的，所述金属基材为碳钢、镀锌钢、不锈钢中的一种。
优选的，所述烘烤固化在190℃～220℃下进行，固化时间为5min～20min。
本发明的有益效果是：本发明的环氧树脂粉末涂料形成的涂层具有高粘附性、低摩擦、高耐磨性、高耐蚀性能，且其制备工艺简单、成本低，适合进行大规模工业化生产，在苛刻复杂的机械-腐蚀耦合损伤环境(例如：市政建设、高速公路、铁路、输电线路、光伏能源和海上风电等环境)中具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例1的防腐涂层、对比例的防腐涂层和实施例1中的石墨烯纳米片的Raman光谱图。
图2为实施例1的防腐涂层、对比例的防腐涂层和实施例1中的石墨烯纳米片的FESEM图。
图3为实施例1和对比例的防腐涂层的粘附性能和耐冲击性能测试结果图。
图4为实施例1和对比例的防腐涂层的耐盐雾性能测试结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1：
一种环氧树脂粉末涂料，其原料组成如下表所示：
表1一种环氧树脂粉末涂料的原料组成表
Figure BDA0003511880970000031
上述环氧树脂粉末涂料的制备方法包括以下步骤：将环氧树脂、酚类固化剂、钛白粉、纳米白炭黑、安息香、抗氧剂1076和氨基硅油混合，搅拌均匀，再加入石墨烯纳米片，搅拌均匀后进行挤出、压片、磨粉和筛分，即得环氧树脂粉末涂料。
一种防腐涂层，其制备方法包括以下步骤：将上述环氧树脂粉末涂料静电喷涂至碳钢表面，静电喷涂的工艺参数为：静电电压为60kV，喷枪口离金属基材的距离为15cm，喷粉角度为80°，喷粉压力为0.5MPa，再210℃烘烤固化5min，自然冷却，即得防腐涂层。
实施例2：
一种环氧树脂粉末涂料，其原料组成如下表所示：
表2一种环氧树脂粉末涂料的原料组成表
Figure BDA0003511880970000032
Figure BDA0003511880970000041
上述环氧树脂粉末涂料的制备方法包括以下步骤：将环氧树脂、酚类固化剂、钛白粉、纳米白炭黑、安息香、抗氧剂1076和氨基硅油混合，搅拌均匀，再加入石墨烯纳米片，搅拌均匀后进行挤出、压片、磨粉和筛分，即得环氧树脂粉末涂料。
一种防腐涂层，其制备方法包括以下步骤：将上述环氧树脂粉末涂料静电喷涂至碳钢表面，静电喷涂的工艺参数为：静电电压为70kV，喷枪口离金属基材的距离为10cm，喷粉角度为80°，喷粉压力为0.5MPa，再210℃烘烤固化5min，自然冷却，即得防腐涂层。
实施例3：
一种环氧树脂粉末涂料，其原料组成如下表所示：
表3一种环氧树脂粉末涂料的原料组成表
Figure BDA0003511880970000042
Figure BDA0003511880970000051
上述环氧树脂粉末涂料的制备方法包括以下步骤：将环氧树脂、酚类固化剂、钛白粉、纳米白炭黑、安息香、抗氧剂1076和氨基硅油混合，搅拌均匀，再加入石墨烯纳米片，搅拌均匀后进行挤出、压片、磨粉和筛分，即得环氧树脂粉末涂料。
一种防腐涂层，其制备方法包括以下步骤：将上述环氧树脂粉末涂料静电喷涂至碳钢表面，静电喷涂的工艺参数为：静电电压为60kV，喷枪口离金属基材的距离为15cm，喷粉角度为80°，喷粉压力为0.5MPa，再210℃烘烤固化5min，自然冷却，即得防腐涂层。
实施例4：
一种环氧树脂粉末涂料，其原料组成如下表所示：
表4一种环氧树脂粉末涂料的原料组成表
Figure BDA0003511880970000052
Figure BDA0003511880970000061
上述环氧树脂粉末涂料的制备方法包括以下步骤：将环氧树脂、酚类固化剂、钛白粉、纳米白炭黑、安息香、抗氧剂1076和氨基硅油混合，搅拌均匀，再加入石墨烯纳米片，搅拌均匀后进行挤出、压片、磨粉和筛分，即得环氧树脂粉末涂料。
一种防腐涂层，其制备方法包括以下步骤：将上述环氧树脂粉末涂料静电喷涂至碳钢表面，静电喷涂的工艺参数为：静电电压为60kV，喷枪口离金属基材的距离为15cm，喷粉角度为80°，喷粉压力为0.5MPa，再210℃烘烤固化5min，自然冷却，即得防腐涂层。
实施例5：
一种环氧树脂粉末涂料，其原料组成如下表所示：
表5一种环氧树脂粉末涂料的原料组成表
Figure BDA0003511880970000062
上述环氧树脂粉末涂料的制备方法包括以下步骤：将环氧树脂、酚类固化剂、钛白粉、纳米白炭黑、安息香、抗氧剂1076和氨基硅油混合，搅拌均匀，再加入石墨烯纳米片，搅拌均匀后进行挤出、压片、磨粉和筛分，即得环氧树脂粉末涂料。
一种防腐涂层，其制备方法包括以下步骤：将上述环氧树脂粉末涂料静电喷涂至碳钢表面，静电喷涂的工艺参数为：静电电压为60kV，喷枪口离金属基材的距离为15cm，喷粉角度为80°，喷粉压力为0.5MPa，再210℃烘烤固化5min，自然冷却，即得防腐涂层。
对比例：
一种环氧树脂粉末涂料，其原料组成如下表所示：
表6一种环氧树脂粉末涂料的原料组成表
Figure BDA0003511880970000071
上述环氧树脂粉末涂料的制备方法包括以下步骤：将环氧树脂、酚类固化剂、钛白粉、纳米白炭黑、安息香、抗氧剂1076和氨基硅油混合后进行挤出、压片、磨粉和筛分，即得环氧树脂粉末涂料。
一种防腐涂层，其制备方法包括以下步骤：将上述环氧树脂粉末涂料静电喷涂至碳钢表面，静电喷涂的工艺参数为：静电电压为60kV，喷枪口离金属基材的距离为15cm，喷粉角度为80°，喷粉压力为0.5MPa，再210℃烘烤固化5min，自然冷却，即得防腐涂层。
性能测试：
1)实施例1的防腐涂层、对比例的防腐涂层和实施例1中的石墨烯纳米片的Raman光谱图如图1所示。
由图1可知：实施例1的防腐涂层保留了环氧树脂的特征峰，还出现了石墨烯的三个特征峰，说明石墨烯纳米片和环氧树脂间的结合非常好。
2)实施例1的防腐涂层、对比例的防腐涂层和实施例1中的石墨烯纳米片的场发射扫描电子显微镜(FESEM)图如图2(a为实施例1中的石墨烯纳米片，b和c为对比例的防腐涂层的截面和表面，d和e为实施例1的防腐涂层的截面和表面)所示。
由图2可知：石墨烯纳米片为极薄的纳米片层结构，且石墨烯纳米片的添加可以显著提防腐涂层的致密性，大幅减少裂纹、孔洞、空腔等微观结构缺陷。
3)实施例1和对比例的防腐涂层的粘附性能(参照“GB/T 5210-2006色漆和清漆拉开法附着力试验”进行测试，采用球盘式往复摩擦磨损试验，测试载荷为5N，频率为5Hz，摩擦对偶为Φ6mm的不锈钢球，测试时间为60min)和耐冲击性能(参照“GB/T 1732-2020漆膜耐冲击测定法”进行测试)测试结果图如图3所示。
由图3可知：实施例1的防腐涂层与对比例的防腐涂层相比，粘附性能和耐冲击性能均显著提升。
4)实施例1和对比例的防腐涂层的耐盐雾性能(参照“GB/T 10125-2012人造气氛腐蚀试验盐雾试验”进行测试)测试结果图如图4所示，实施例1～5和对比例的防腐涂层的摩擦系数、磨损率和在浓度3.5％的NaCl溶液中浸泡50天后的腐蚀参数(采用动电位极化曲线测试防腐涂层的耐腐蚀性能，扫描速率为0.01V/s)如下表所示：
表7防腐涂层的摩擦系数、磨损率和腐蚀参数表
Figure BDA0003511880970000081
由图4和表7可知：实施例1～5的防腐涂层与对比例的防腐涂层相比，磨损率和摩擦系数均大幅降低，润滑性能显著提高，耐腐蚀性能显著提高，在浓度3.5％的NaCl溶液中浸泡50天后腐蚀电流密度降低了两个数量级，1500h盐雾试验后仍维持优异的腐蚀防护能力。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环氧树脂粉末涂料，其特征在于，包括以下质量份的组分：
环氧树脂：100份；
石墨烯纳米片：0.2份～1.6份；
固化剂：10份～50份；
颜填料：10份～100份；
助剂：2份～20份。
2.根据权利要求1所述的环氧树脂粉末涂料，其特征在于，包括以下质量份的组分：
环氧树脂：100份；
石墨烯纳米片：0.3份～1.2份；
固化剂：20份～40份；
颜填料：30份～70份；
助剂：5份～15份。
3.根据权利要求1或2所述的环氧树脂粉末涂料，其特征在于：所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的环氧树脂粉末涂料，其特征在于：所述石墨烯纳米片的片层直径为3μm～9μm，片层厚度为1nm～3nm。
5.根据权利要求1或2所述的环氧树脂粉末涂料，其特征在于：所述固化剂选自双氰胺固化剂、酚类固化剂、酸酐类固化剂中的至少一种。
6.权利要求1～5中任意一项所述的环氧树脂粉末涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将环氧树脂、固化剂、颜填料和助剂混合均匀，再加入石墨烯纳米片，混合均匀后进行挤出、压片、磨粉和筛分，即得环氧树脂粉末涂料。
7.一种防腐涂层，其特征在于，组成包括权利要求1～5中任意一项所述的环氧树脂粉末涂料。
8.权利要求7所述的防腐涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将环氧树脂粉末涂料静电喷涂至金属基材表面，进行烘烤固化，冷却，即得防腐涂层。
9.根据权利要求8所述的防腐涂层的制备方法，其特征在于：所述静电喷涂的工艺参数为：静电电压为60kV～70kV，喷枪口离金属基材的距离为10cm～20cm，喷粉角度为70°～90°，喷粉压力为0.4MPa～0.7MPa。
10.根据权利要求8或9所述的防腐涂层的制备方法，其特征在于：所述烘烤固化在190℃～220℃下进行，固化时间为5min～20min。
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