CN114989693A - 一种基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐漆涂料及其制备方法。该涂料包含组份A和组份B，其中组份A是由环氧树脂涂料组成，组份B是由固化剂组成。组份A其特征在于，按照质量百分比计算包含：4～10份正丁醇溶剂、20～30份自研超分散碳纳米管和石墨烯复配的导电浆料、15～30份环氧树脂、2～8份硅酸盐、30～50份锌粉、5～40份硅灰粉填料、0.5～2份有机膨土；组份B为聚酰胺固化剂；其中组份A和组份B混合的质量比为5～10∶1。本发明利川碳纳米管以及石墨烯的优异的特性，形成稳定的导电网络，激活涂料中的锌粒子使之产生协同效应，使锌之间产生强大的网络结构，大大地提高了锌的利用率，减少了涂料中锌的含量，提高了涂料的致密性、耐水性，附着力和韧性，并比传统的富锌涂料具有更优异的防腐功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种重防腐涂料，特别涉及一种基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料及其制备方法。该涂料防腐蚀效果持久，在稳定性、附着力及机械性能方面部有优越的性能。
背景技术
最近几年我国每年的腐蚀损失达到3000多亿元，约占国内生产总值的3‰。本发明可应用于船舶、桥梁、铁路、海洋设施、石油化工、集装箱以及大型设备等。目前这些设备的防腐涂料主要使用含锌量超过70％的富锌涂料，其主要原理是牺牲阳极保护阴极，即牺牲锌离子保护铁离子以达到防腐效果。传统富锌涂料中含有大量的锌粒子，它们自身必须相互接触并和基材保持良好的接触才能形成导电回路。但这种富锌涂料由于锌含量高，导致涂膜的致密性、耐水性，附着力和韧性较差。并且由于锌与锌的粒子中间存在大量的空隙，传统富锌涂料只能靠尽量提高涂层的厚度以及提高涂料中锌的含量来减少被腐蚀的风险。但是锌的含量过高，也会致使涂料在生产、运输和存储过程中容易出现沉底现象，而且涂膜会容易出现开裂的问题。传统富锌涂料在实际使用中，锌的使用率不足百分三十，这大大地浪费了锌这种宝贵的资源。
发明内容
本发明涉及一种重防腐涂料，特别涉及一种基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料及其制备方法。本发明利用碳纳米管以及石墨烯优异的特性，形成稳定的导电网络，激活涂料中的锌粉使之产生协同效应，使锌之间产生强大的网络结构，大大地提高了锌的利用率，减少了涂料中锌的含量，提高了涂料的致密性、耐水性，附着力和韧性，并比传统的富锌涂料具有更优异的防腐功能。
为了实现以上优点，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于多壁碳纳米管的低锌重防腐涂料，包含组份A和组份B，其中组份A和组份B的质量比为5～10∶1；
所述组份A按照质量百分比包括：20～30份自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料、4～10份正丁醇溶剂、15～30份环氧树脂、2～8份硅酸盐、30～50份锌粉、5～40份硅灰粉填料、0.5～2份有机膨土；所述组份B为聚酰胺固化剂；其制备步骤如下：
(1)自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料的制备：将85～93份正丁醇溶剂放到分散机的搅拌釜中，在800rpm～2000rpm的转速下依次加入0.5～2份分散剂、0.5～2份助剂PVP、5～10份多壁碳纳米管、0.1～1份石墨烯，充分分散15～30分钟；然后将以上分散充分的浆料放到纳米研磨机上，以1000rpm～2000rpm的转速研磨2～4小时，把浆料的细度研磨到5um以下；所得自研超分散纳米管与石墨烯复配导电浆料；
优选地，所述的分散剂通过如下方法制备得到：油酸以及四氟硼酸加入有机溶剂，然后再加入氢氧化钠溶液，在60～70℃条件下反应1～2h，浓缩去除溶剂后即得所述的分散剂；所述油酸以及四氟硼酸与氢氧化钠的摩尔比为1∶1∶2；
(2)组份A涂料的制备：依次将4～10份正丁醇溶剂、20～30份上述步骤(1)所得的自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料、15～30份的环氧树脂、2～8份硅酸盐、30～50份锌粉、5～40份硅灰粉填料、0.5～2份有机膨土依次放到搅拌釜中，以1000rpm～2000rpm的转速充分搅拌15～30分钟，然后把搅拌充分的浆料放到研磨机上研磨2～4小时，直至涂料的细度小于20um，所得组份A涂料；
(3)将上述步骤(2)所得的组份A涂料，与组份B固化剂按5～10∶1混合搅拌均匀所得本发明的碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料。
有益效果：本发明提供了一种基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料及其制备方法，该涂料通过加入自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料，把富锌涂料中锌的含量从60％～80％降到30％～50％，大大减少了富锌涂料中锌的含量。本发明利用碳纳米管与石墨烯的优异特性，形成稳定的导电网络，激活涂料中的锌粉使之产生协同效应，使锌之间产生强大的网络结构，大大地提高了锌的利用率，减少了涂料中锌的含量，提高了涂料的致密性、耐水性，附着力和韧性，并比传统的富锌涂料具有更优异的防腐功能。国标70％含锌量的富锌漆盐雾测试时间大概700小时就开始失效，本发明的多壁碳纳米管低锌重防腐涂料的耐盐雾测试达到了2500小时，大大提高了涂膜的抗腐蚀能力。可广泛应用于船舶、桥梁、铁路、海洋设施、石油化工、集装箱以及大型设备等。
具体实施方式
如下结合一些具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
实施例1基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料的制备方法：
(1)自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料的制备：将93份正丁醇溶剂放到分散机的搅拌釜中，在800rpm～2000rpm的转速下依次加入1份分散剂、1份助剂PVP、5份多壁碳纳米管、0.5份石墨烯，充分分散15～30分钟；然后将以上分散充分的浆料放到纳米研磨机上，以1000rpm～2000rpm的转速研磨2～4小时，把浆料的细度研磨到5um以下，所得自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料；
优选地，所述的分散剂通过如下方法制备得到：油酸以及四氟硼酸加入有机溶剂，然后再加入氢氧化钠溶液，在60～70℃条件下反心1～2h，浓缩去除溶剂后即得所述的分散剂，所述油酸以及凹氟硼酸与氢氧化钠的摩尔比为1∶1∶2；
(2)组份A涂料的制备：依次将6份正丁醇溶剂、20份上述步骤(1)所得的自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料、20份环氧树脂、5份硅酸盐、30份锌粉、17份硅灰粉填料、2份有机膨土依次放到搅拌釜中，以1000rpm～2000rpm的转速充分搅拌15～30分钟，然后把搅拌充分的浆料放到研磨机上研磨2～4小时，直至涂料的细度小于20um，所得组份A涂料；
(3)将上述步骤(2)所得的组份A涂料，与组份B固化剂按10∶1混合搅拌均匀所得本发明的碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料。
实施例2基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料的制备方法：
(1)自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料的制备：将93份正丁醇溶剂放到分散机的搅拌釜中，在800rpm～2000rpm的转速下依次加入1份分散剂、1份助剂PVP、5份多壁碳纳米管、0.5份石墨烯，充分分散15～30分钟；然后将以上分散充分的浆料放到纳米研磨机上，以1000rpm～2000rpm的转速研磨2～4小时，把浆料的细度研磨到5um以下，所得自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料；
优选地，所述的分散剂通过如下方法制备得到：油酸以及四氟硼酸加入有机溶剂，然后再加入氢氧化钠溶液，在60～70℃条件下反应1～2h，浓缩去除溶剂后即得所述的分散剂，所述油酸以及四氟硼酸与氢氧化钠的摩尔比为1∶1∶2；
(2)组份A涂料的制备：依次将6份正丁醇溶剂、20份上述步骤(1)所得的自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料、20份环氧树脂、5份硅酸盐、40份锌粉、7份硅灰粉填料、2份有机膨土依次放到搅拌釜中，以1000rpm～2000rpm的转速充分搅拌15～30分钟，然后把搅拌充分的浆料放到研磨机上研磨2～4小时，直至涂料的细度小于20um，所得组份A涂料；
(3)将上述步骤(2)所得的组份A涂料，与组份B固化剂按10∶1混个搅拌均匀所得本发明的碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料。
实施例3基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料的制备方法：
(1)自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料的制备：将93份正丁醇溶剂放到分散机的搅拌釜中，在800rpm～2000rpm的转速下依次加入1份分散剂、1份助剂PVP、5份多壁碳纳米管、0.5份石墨烯，充分分散15～30分钟；然后将以上分散充分的浆料放到纳米研磨机上，以1000rpm～2000rpm的转速研磨2～4小时，把浆料的细度研磨到5um以下，所得自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料；
优选地，所述的分散剂通过如下方法制备得到：油酸以及四氟硼酸加入有机溶剂，然后再加入氢氧化钠溶液，在60～70℃条件下反应1～2h，浓缩去除溶剂后即得所述的分散剂，所述油酸以及四氟硼酸与氢氧化钠的摩尔比为1∶1∶2；
(2)组份A涂料的制备：依次将6份正丁醇溶剂、30份上述步骤(1)所得的自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料、20份环氧树脂、5份硅酸盐、30份锌粉、7份硅灰粉填料、2份有机膨土依次放到搅拌釜中，以1000rpm～2000rpm的转速充分搅拌15～30分钟，然后把搅拌充分的浆料放到研磨机上研磨2～4小时，直至涂料的细度小于20um，所得组份A涂料；
(3)将上述步骤(2)所得的组份A涂料，与组份B固化剂按10∶1混合搅拌均匀所得本发明的碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料。
实施例4基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料的制备方法：
(1)自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料的制备：将93份正丁醇溶剂放到分散机的搅拌釜中，在800rpm～2000rpm的转速下依次加入1份分散剂、1份助剂PVP、5份多壁碳纳米管、0.5份石墨烯，充分分散15～30分钟；然后将以上分散充分的浆料放到纳米研磨机上，以1000rpm～2000rpm的转速研磨2～4小时，把浆料的细度研磨到5um以下，所得自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料；
优选地，所述的分散剂通过如下方法制备得到：油酸以及四氟硼酸加入有机溶剂，然后再加入氢氧化钠溶液，在60～70℃条件下反应1～2h，浓缩去除溶剂后即得所述的分散剂，所述油酸以及四氟硼酸与氢氧化钠的摩尔比为1∶1∶2；
(2)组份A涂料的制备：依次将5份正丁醇溶剂、30份上述步骤(1)所得的自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料、15份环氧树脂、3份硅酸盐、40份锌粉、5份硅灰粉填料、2份有机膨土依次放到搅拌釜中，以1000rpm～2000rpm的转速充分搅拌15～30分钟，然后把搅拌充分的浆料放到研磨机上研磨2～4小时，直至涂料的细度小于20um，所得组份A涂料；
(3)将上述步骤(2)所得的组份A涂料，与组份B固化剂按10∶1混合搅拌均匀所得本发明的碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料。
对比例1基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料的制备方法：
(1)自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料的制备：将93份正丁醇溶剂放到分散机的搅拌釜中，在800rpm～2000rpm的转速下依次加入1份分散剂、1份助剂PVP、5份多壁碳纳米管、0.5份石墨烯，充分分散15～30分钟；然后将以上分散充分的浆料放到纳米研磨机上，以1000rpm～2000rpm的转速研磨2～4小时，把浆料的细度研磨到5um以下，所得自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料；
优选地，所述的分散剂通过如下方法制备得到：油酸以及四氟硼酸加入有机溶剂，然后再加入氢氧化钠溶液，在60～70℃条件下反应1～2h，浓缩去除溶剂后即得所述的分散剂，所述油酸以及四氟硼酸与氢氧化钠的摩尔比为1∶1∶2；
(2)组份A涂料的制备：依次将6份正丁醇溶剂、10份上述步骤(1)所得的自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料、20份环氧树脂、5份硅酸盐、30份锌粉、27份硅灰粉填料、2份有机膨土依次放到搅拌釜中，以1000rpm～2000rpm的转速充分搅拌15～30分钟，然后把搅拌充分的浆料放到研磨机上研磨2～4小时，直至涂料的细度小于20um，所得组份A涂料；
(3)将上述步骤(2)所得的组份A涂料，与组份B固化剂按10∶1混合搅拌均匀所得本发明的碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料。
对比例1与实施例1的区别在于，实施例1的自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料添加量为20％，对比例1的自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料添加量为10％。
对比例2基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料的制备方法：
(1)自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料的制备：将93份正丁醇溶剂放到分散机的搅拌釜中，在800rpm～2000rpm的转速下依次加入1份分散剂、1份助剂PVP、5份多壁碳纳米管、0.5份石墨烯，充分分散15～30分钟；然后将以上分散充分的浆料放到纳米研磨机上，以1000rpm～2000rpm的转速研磨2～4小时，把浆料的细度研磨到5um以下，所得自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料；
优选地，所述的分散剂通过如下方法制备得到：油酸以及四氟硼酸加入有机溶剂，然后再加入氢氧化钠溶液，在60～70℃条件下反应1～2h，浓缩去除溶剂后即得所述的分散剂，所述油酸以及四氟硼酸与氢氧化钠的摩尔比为1∶1∶2；
(2)组份A涂料的制备：依次将6份正丁醇溶剂、10份上述步骤(1)所得的自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料、20份环氧树脂、5份硅酸盐、40份锌粉、17份硅灰粉填料、2份有机膨土依次放到搅拌釜中，以1000rpm～2000rpm的转速充分搅拌15～30分钟，然后把搅拌充分的浆料放到研磨机上研磨2～4小时，直至涂料的细度小于20um，所得组份A涂料；
(3)将上述步骤(2)所得的组份A涂料，与组份B固化剂按10∶1混合搅拌均匀所得本发明的碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料。
对比例2与实施例2的区别在于，实施例2的自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料添加量为20％，对比例2的自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料添加量为10％。
对比例3不含自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料富锌重防腐涂料的制备方法：
(1)组份A涂料的制备：依次将5份正丁醇溶剂、15份环氧树脂、3份硅酸盐、70份锌粉、5份硅灰粉填料、2份有机膨土依次放到搅拌釜中，以1000rpm～2000rpm的转速充分搅拌15～30分钟，然后把搅拌充分的浆料放到研磨机上研磨2～4小时，直至涂料的细度小于20um，所得组份A涂料；
(2)将上述步骤(1)所得的组份A涂料，与组份B固化剂按10∶1混合搅拌均匀所得传统富锌重防腐涂料。
对比例3与实施例3的区别在于，实施例3的自研超分散碳纳米管导电浆料添加量为30％，锌粉的添加量为30％；对比例3的自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料添加量为0，锌粉的添加量为70％。
实验例的组份A具体配方(均为按质量比)如下表格1：
组份B为聚酰胺固化剂，组份A与组份B的质量比均按10∶1混合搅拌，组份A和B混合搅拌均匀后即得本发明的碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料。
使用本发明的碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐漆喷涂在统一规格的碳钢板上(尺寸为150xT0x3mm)，涂层厚度均是90±10um，试验的样板按HG/T3668-2009的描述进行检测。如果在漆膜划痕的单向扩蚀超过2mm，在未划痕处出现起泡、锈蚀、开裂或剥落，漆膜判为失效。否则，涂从为有效。
做盐雾测试所得结果如下表格2：
| 盐雾测试时间 | 案例1 | 案例2 | 案例3 | 案例4 | 对比案例1 | 对比案例2 | 对比案例3 |
| 500小时 | OK | OK | OK | OK | OK | OK | OK |
| 750小时 | OK | OK | OK | OK | OK | OK | OK |
| 1000小时 | OK | OK | OK | OK | FAIL | OK | FAIL |
| 1500小时 | OK | OK | OK | OK | FAIL | ||
| 2000小时 | OK | OK | OK | OK | |||
| 2500小时 | FAIL | OK | OK | OK |
从上表格2中的测试结果可以看出：
1.从案例1和对比案例1、案例2和对比案例2可以看出，当锌的含量固定时，自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料含量为20％时比为10％时防腐效果更好；
2.案例1和案例2在自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料均为20％时，案例1所含30％锌粉，案例2所含40％锌粉，从测试结果可以看出案例2的防腐效果更好，这可说明在自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料固定时，锌的含量越高防腐效果越好；
3.从案例3和对比案例3可以明显看出，含自研超分散碳纳米管与石墨烯复配的导电浆料的配方可以在大大降低锌含量的前提下，仍然有更好的防腐效果！
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料，其特征在于，所述的碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料包含组份A和组份B，所述组份A和组份B的质量比为5～10∶1；
其中所述组份A按照质量百分比包括：20～30份自研超分散碳纳米管和石墨烯复配的导电浆料、4～10份正丁醇溶剂、15～30份环氧树脂、2～8份硅酸盐、30～50份锌粉、5～40份硅灰粉填料、0.5～2份有机膨土；所述组份B为聚酰胺固化剂。
2.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料，其特征在于，所述硅酸盐其表面包含导电的云母粉。
3.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料，其特征在于，所述锌粉粒径为300～1000目。
4.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料，其特征在于，所述自研超分散碳纳米管和石墨烯复配的导电浆料按质量百分比包含：85～93份正丁醇、5～10份多壁碳纳米管、0.1～1份石墨烯、0.5～2份分散剂、0.5～2份PVP助剂。
5.根据权利要求4所述的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料，其特征在于，所述分散剂包含如下组份：油酸，四氟硼酸以及氢氧化钠，所述油酸以及四氟硼酸与氢氧化钠的摩尔比为1∶1∶2。
6.根据权利要求4所述的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料，其特征在于，所述碳纳米管的管径为5～60纳米，管长为3～100微米，纯度大于85％。
7.根据权利要求4所述的自研超分散碳纳米管和石墨烯复配的导电浆，其特征在于，所述石墨烯的层数为1～10层，比面积为150m2/g～500m2/g，片径为0.5um～50um，纯度大于80％。
8.一种基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料的制备方法，其川于制备权利要求1至7中任一项所述的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料，其特征在于包括以下步骤：
步骤S1，所述的分散剂通过如下方法制备得到：油酸以及四氟硼酸加入有机溶剂，然后再加入氢氧化钠溶液，在60～70℃条件下反应1～2h，浓缩去除溶剂后即得所述的分散剂；
步骤S2，所述的自研超分散碳纳米管和石墨烯复配的导电浆料通过如下方法制备得到：将正丁醇溶剂加入分散机的搅拌釜中，然后依次加入分散剂、助剂PVP、碳纳米管、石墨烯，进行第一次搅拌；接着将以上搅拌充分的混合浆料加入纳米研磨机中，进行第一次分散，所得自研超分散碳纳米管和石墨烯复配的导电浆料；
步骤s3，所述组份A通过如下方法制备得到：将正丁醇溶剂、自研超分散碳纳米管和石墨烯复配的导电浆料、环氧树脂、硅酸盐、锌粉、硅灰粉填料以及有机膨土依次放到搅拌釜中进行第二次搅拌，然后将以上搅拌充分的混合浆料加入研磨机中，进行第二次分散，得到所述组份A；
步骤S4，所述的基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料通过如下方法制备得到：将所述组份A和所述组份B按质量比5～10∶1混合并搅拌均匀即得所述的基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料。
9.根据权利要求8所述的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述纳米研磨机的研磨介质为氧化锆珠，其直径为0.3～1.2mm。
10.根据权利要求8所述的一种基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料的制备方法，其特征在于，第一次搅拌时搅拌第的转速为800rpm～2000rpm，搅拌时间为15～30分钟；第一次分散时纳米研磨机的转速为1000rpm～2000rpm，研磨时间为2～4小时；第二次搅拌时搅拌釜的转速为1000rpm～2000rpm，搅拌时间为15～30分钟；第二次分散时研磨机的转速是1000rpm～2000rpm，研磨时间为2～4小时。
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|---|---|---|---|
| CN202110226453.6A CN114989693A (zh) | 2021-03-01 | 2021-03-01 | 一种基于碳纳米管与石墨烯复配的低锌重防腐涂料及其制备方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115785765A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-03-14 | 上海海隆赛能新材料有限公司 | 一种风力发电机组用球墨铸铁件防腐底漆及其制备方法 |
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2021
- 2021-03-01 CN CN202110226453.6A patent/CN114989693A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
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