CN115160879A - 一种石墨烯改性水性防腐涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及防腐涂料领域，具体公开了一种石墨烯改性水性防腐涂料及其制备方法，所述石墨烯改性水性防腐涂料由如下重量百分含量的原料组成：丙烯酸单体40‑55%、改性石墨烯分散液1‑3%、颜料17‑20%份、填料5‑10%、pH调节剂0.2‑0.5%、成膜助剂2‑3.5%、消泡剂0.2‑0.4%、润湿分散剂0.5‑1.5%，余量为水；所述改性石墨烯分散液为聚乙二醇改性石墨烯分散液；本申请制得的石墨烯改性防腐涂料具有较好的稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及防腐涂料领域，更具体地说，它涉及一种石墨烯改性水性防腐涂料及其制备方法。
背景技术
水性涂料由于水分挥发导致漆膜留有水通道，这些通道会对漆膜的耐水和防腐产生不利影响，在一些使用环境较为恶劣，金属长期浸泡在腐蚀性液体中，防腐涂层的使用寿命受到限制。片状填料(玻璃鳞片、铝粉、片状云母、云铁、石墨)能够切断这些通道，使其耐水性和防腐性得到提高。
石墨烯是一种单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，它具有小尺寸效应，片状结构可以填充到水性防腐涂料的水通道和缺陷中，阻止和延缓小分子腐蚀介质进入金属基体，有效地增强防腐蚀膜层的物理隔绝作用。然而，石墨烯本身比表面积大，其片层结构间存在着较强的范德华力，在防腐水性涂料中易出现团聚、堆积等现象，很难均匀分散于聚合物乳液中，使石墨烯与聚合物没有界面相互作用，导致乳液稳定性较差，影响石墨烯性能的发挥。
针对上述中的相关技术，发明人认为需要提高石墨烯与聚合物界面间的相互作用和相容性，改善其在水性涂料中的分散性，从而提高水性防腐涂料的稳定性。
发明内容
为了提高水性防腐涂料的稳定性，本申请提供一种石墨烯改性水性防腐涂料及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种石墨烯改性水性防腐涂料，采用如下的技术方案：
一种石墨烯改性水性防腐涂料，由如下重量百分含量的原料组成：丙烯酸单体40-55％、改性石墨烯分散液1-3％、颜料17-20％份、填料5-10％、pH调节剂0.2-0.5％、成膜助剂2-3.5％、消泡剂0.2-0.4％、润湿分散剂0.5-1.5％，余量为水；所述改性石墨烯分散液为聚乙二醇改性石墨烯分散液。
通过采用上述技术方案，本申请中通过聚乙二醇对石墨烯表面进行功能性改性，然后再与丙烯酸单体接枝共聚，改善了石墨烯在水性防腐涂料中的分散性，由聚乙二醇包裹的石墨烯，有效减少了石墨烯因自身较强的范德华力，而出现的团聚现象，可以与丙烯酸乳液形成良好的界面相互作用，从而提高了水性防腐涂料的稳定性。
作为优选，所述石墨烯改性水性防腐涂料由如下重量百分含量的原料组成：丙烯酸单体45-50％、改性石墨烯分散液1.5-2.5％、颜料18-19％份、填料6-8％、pH调节剂0.3-0.4％、成膜助剂2.5-3％、消泡剂0.25-0.3％、润湿分散剂0.8-1.2％，余量为水。
通过采用上述技术方案，本申请通过优化石墨烯改性水性防腐涂料的各原料用量，使石墨烯改性水性防腐涂料原料用量在此范围内时，所制得的石墨烯改性水性防腐涂料的贮存稳定性、附着力、耐水性和耐候性均较好。
作为优选，所述改性石墨烯的制备方法为：1)将蒸馏水和石墨烯超声分散，在50-60℃的水浴条件下反应0.5-1.5h，得到石墨烯分散液；2)向石墨烯分散液中加入聚乙二醇，超声分散，在50-60℃的水浴条件下反应1-2h，得到表面改性石墨烯分散液。
作为优选，所述石墨烯分散液和聚乙二醇的质量比为100：5-10。
通过采用上述技术方案，本申请中通过限制石墨烯分散液和聚乙二醇的质量比，将制得的改性石墨烯加入到水性防腐涂料的制备过程中，其中当石墨烯分散液和聚乙二醇的质量比为100:8时，得到的水性防腐涂料6个月的贮存稳定性较好，无沉淀、无破乳，附着力达到0级，耐水性测试达到1660h，涂层无起泡、起皱现象，耐候性测试达到4000h，漆膜不起泡、无脱落、无锈斑。
作为优选，所述石墨烯为片层石墨烯。
作为优选，所述丙烯酸单体包括如下重量份的组分：丙烯酸异辛酯20-30份、甲基丙烯酸甲酯15-25份、丙烯酸丁酯5-15份。
通过采用上述技术方案，与改性石墨烯接枝共聚，使石墨烯能稳定存在于乳液中，不易出现沉降团聚现象。
作为优选，所述填料为滑石粉；所述pH调节剂为二乙基乙醇胺；所述成膜助剂为十二碳醇酯。
第二方面，本申请提供一种石墨烯改性水性防腐涂料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种石墨烯改性水性防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将2/3的丙烯酸单体、1/2的消泡剂、成膜助剂和去离子水混合，搅拌均匀，得到第一混合物；
S2：向第一混合物中加入改性石墨烯分散液、颜料、填料、润湿分散剂和pH调节剂，搅拌混合均匀，得到第二混合物；
S3：向第二混合物中加入剩余1/3的丙烯酸单体，1/2的消泡剂，搅拌混合均匀，得到石墨烯改性水性防腐涂料。
通过采用上述技术方案，本申请将丙烯酸单体、改性石墨烯分散液、颜料、填料、pH调节剂、成膜助剂、消泡剂、润湿分散剂，按一定顺序进行共混，使改性石墨烯分散液能均匀分散在原料中，有效减少了石墨烯出现团聚的现象，从而使制备的石墨烯改性水性防腐涂料具有较好的稳定性。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请中通过聚乙二醇对石墨烯表面进行功能性改性，然后再与丙烯酸单体接枝共聚，改善了石墨烯在水性防腐涂料中的分散性，由聚乙二醇包裹的石墨烯，有效减少了石墨烯因自身较强的范德华力，而出现的团聚现象，可以与丙烯酸乳液形成良好的界面相互作用，从而提高了水性防腐涂料的稳定性；另外，本申请中将丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯进行共混，与改性石墨烯接枝共聚，使石墨烯能稳定存在于乳液中，不易出现沉降团聚现象，相较于其他丙烯酸单体，改性石墨烯能更好的稳定存在于本申请中的丙烯酸单体中。
2、本申请制得的石墨烯改性水性防腐涂料，6个月的贮存稳定性较好，无沉淀、无破乳，附着力达到0级，耐水性测试达到1660h，无起泡、起皱现象，耐候性测试4000h，漆膜不起泡、无脱落、无锈斑。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
原料
聚乙二醇：型号为PEG-400；滑石粉：规格为500目；其余原料均为普通市售材料。
制备例
制备例1-3
制备例1-3的一种丙烯酸单体，其各原料及各原料用量如表1所示，其制备步骤如下：
按照表1中用量称量各原料，然后将各原料搅拌均匀，即得丙烯酸单体。
表1制备例1-3的丙烯酸单体各原料及各原料用量(kg)
| 制备例1 | 制备例2 | 制备例3 | |
| 丙烯酸异辛酯 | 20 | 25 | 30 |
| 甲基丙烯酸甲酯 | 25 | 20 | 15 |
| 丙烯酸丁酯 | 5 | 10 | 15 |
制备例4
制备例4的一种改性石墨烯分散液，其制备步骤如下：
1)将蒸馏水和石墨烯按照质量比为95:1的比例进行混合，超声分散，在50℃的水浴条件下反应1h，得到石墨烯分散液；
2)向石墨烯分散液中加入聚乙二醇，超声分散，在50℃的水浴条件下反应2h，得到改性石墨烯分散液。
其中，聚乙二醇的分子量为400，石墨烯分散液与聚乙二醇的质量比为100：5。
制备例5
一种改性石墨烯分散液，与制备例4的不同之处在于，石墨烯分散液与聚乙二醇的质量比为100：8，其余步骤与制备例4均相同。
制备例6
一种改性石墨烯分散液，与制备例4的不同之处在于，石墨烯分散液与聚乙二醇的质量比为100：10，其余步骤与制备例4均相同。
实施例
实施例1-4
实施例1-4一种石墨烯改性水性防腐涂料，其各原料及各原料用量如表2所示，其制备步骤如下：
S1：将2/3的丙烯酸单体、1/2的消泡剂、成膜助剂和水混合，搅拌均匀，得到第一混合物；
S2：向第一混合物中加入改性石墨烯分散液、颜料、填料、润湿分散剂和pH调节剂，搅拌混合均匀，得到第二混合物；
S3：向第二混合物中加入剩余1/3的丙烯酸单体，1/2的消泡剂，搅拌混合均匀，得到石墨烯改性水性防腐涂料。
其中，丙烯酸单体来自制备例1，改性石墨烯分散液来自制备例4，颜料为钛白粉。
表2实施例1-4的原料及各原料用量(kg)
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 丙烯酸单体 | 40 | 45 | 50 | 55 |
| 改性石墨烯分散液 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 颜料 | 20 | 19 | 18 | 17 |
| 填料 | 10 | 8 | 6 | 5 |
| pH调节剂 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 |
| 成膜助剂 | 3.5 | 3 | 2.5 | 2 |
| 消泡剂 | 0.2 | 0.25 | 0.3 | 0.4 |
| 润湿分散剂 | 1.5 | 1.2 | 0.8 | 0.5 |
| 水 | 23.6 | 22.25 | 21 | 18.6 |
实施例5
一种石墨烯改性水性防腐涂料，与实施例3的不同之处在于，丙烯酸单体来自制备例2，其余步骤与实施例3均相同。
实施例6
一种石墨烯改性水性防腐涂料，与实施例3的不同之处在于，丙烯酸单体来自制备例3，其余步骤与实施例3均相同。
实施例7
一种石墨烯改性水性防腐涂料，与实施例5的不同之处在于，改性石墨烯分散液来自制备例5，其余步骤与实施例5均相同。
实施例8
一种石墨烯改性水性防腐涂料，与实施例5的不同之处在于，改性石墨烯分散液来自制备例6，其余步骤与实施例5均相同。
实施例9
一种石墨烯改性水性防腐涂料，与实施例7的不同之处在于，改性石墨烯分散液的添加量为1.5kg，水的添加量为20.5kg，其余步骤与实施例7均相同。
实施例10
一种石墨烯改性水性防腐涂料，与实施例7的不同之处在于，改性石墨烯分散液的添加量为2.5kg，水的添加量为19.5kg，其余步骤与实施例7均相同。
实施例11
一种石墨烯改性水性防腐涂料，与实施例7的不同之处在于，改性石墨烯的添加量为3kg，水的添加量为19kg，其余步骤与实施例7均相同。
对比例
对比例1
一种石墨烯改性水性防腐涂料，与实施例1的不同之处在于，石墨烯分散液和聚乙二醇的质量比为100：2，其余步骤与实施例1相同。
对比例2
一种石墨烯改性水性防腐涂料，与实施例1的不同之处在于，石墨烯分散液和聚乙二醇的质量比为100：15，其余步骤与实施例1相同。
对比例3
一种石墨烯改性水性防腐涂料，与实施例1的不同之处在于，改性石墨烯分散液的添加量为0.1kg，其余步骤与实施例1相同。
对比例4
一种石墨烯改性水性防腐涂料，与实施例1的不同之处在于，改性石墨烯分散液的添加量为5kg，其余步骤与实施例1相同。
性能检测试验
检测方法/试验方法
按照实施例1-11和对比例1-4的制备方法制备石墨烯改性水性防腐涂料，然后按照如下检测方法进行检测，其检测结果如表3所示。
涂料贮存稳定性测试：按照GB/T 6753.5-1986《涂料贮存稳定性试验》进行测试，观察是否出现沉淀、破乳的现象。
附着力测试：按照GB/T 9286《色漆和清漆漆膜的划格试验》中记载的方法进行附着力测试。
耐水性测试：按照GB/T 1733-1993《漆膜耐水性测定法》中记载的方法进行耐水性测试，观察在40℃热水中，漆膜的耐水性。
耐候性测试：按照GB/T 1865-2009《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露》中记载的方法进行耐候性测试。
表3实施例1-11和对比例1-4的检测结果
从表3的数据可以看出，本申请制备的石墨烯改性水性防腐涂料，通过对石墨烯进行改性，提高了石墨烯在涂料中的分散性，从而提高了水性防腐涂料的稳定性。
结合实施例1-4的检测数据可以看出，实施例3中的石墨烯改性水性防腐涂料的各原料配比较优，制得的石墨烯改性水性防腐涂料的贮存稳定性、附着力、耐水性和耐候性均较好。
再结合实施例5-6的检测数据可以看出，制备例2的丙烯酸单体配比较优，由制备例2的丙烯酸单体制得的石墨烯改性水性防腐涂料，加入到石墨烯改性水性防腐涂料的制备过程中，得到的石墨烯改性水性防腐涂料6个月的贮存稳定性较好，无沉淀、无破乳，附着力为1级，耐水性测试可达到1360h无起泡、起皱现象，耐候性测试4000h，漆膜不起泡、无脱落、无锈斑。
结合实施例5和实施例7-8的检测数据可以看出，制备例5的改性石墨烯配比较好，由制备例5的改性石墨烯制得的石墨烯改性水性防腐涂料，6个月的贮存稳定性较好，无沉淀、无破乳，附着力达到0级，耐水性测试达到1550h，无起泡、起皱现象，耐候性测试4000h，漆膜不起泡、无脱落、无锈斑。
再结合对比例1-2的检测数据可以看出，石墨烯分散液和聚乙二醇的质量比较大或较小，均不能提高石墨烯在水性防腐涂料中的分散性，使石墨烯能稳定存在于涂料中，会出现沉淀、破乳，说明本申请的石墨烯分散液和聚乙二醇的质量比较优。
结合实施例7和实施例9-11的检测数据可以看出，当改性石墨烯的添加量为2.5kg，水的添加量为19.5kg时，制得的石墨烯改性水性防腐涂料，其6个月的贮存稳定性较好，无沉淀、无破乳，附着力达到0级，耐水性测试达到1660h，无起泡、起皱现象，耐候性测试4000h，漆膜不起泡、无脱落、无锈斑。
再结合对比例3-4的检测数据可以看出，改性石墨烯的添加量过多或过少，均不能提高石墨烯在水性防腐涂料中的分散性，使石墨烯能稳定存在于涂料中，会出现沉淀、破乳，说明本申请的改性石墨烯添加量较优。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种石墨烯改性水性防腐涂料，其特征在于，由如下重量百分含量的原料组成：丙烯酸单体40-55%、改性石墨烯分散液1-3%、颜料17-20%份、填料5-10%、pH调节剂0.2-0.5%、成膜助剂2-3.5%、消泡剂0.2-0.4%、润湿分散剂0.5-1.5%，余量为水；所述改性石墨烯分散液为聚乙二醇改性石墨烯分散液。
2.根据权利要求1所述的石墨烯改性水性防腐涂料，其特征在于：所述石墨烯改性水性防腐涂料由如下重量百分含量的原料组成：丙烯酸单体45-50%、改性石墨烯分散液1.5-2.5%、颜料18-19%份、填料6-8%、pH调节剂0.3-0.4%、成膜助剂2.5-3%、消泡剂0.25-0.3%、润湿分散剂0.8-1.2%，余量为水。
3.根据权利要求1所述的石墨烯改性水性防腐涂料，其特征在于：所述改性石墨烯分散液的制备方法为：1）将蒸馏水和石墨烯超声分散，在50-60℃的水浴条件下反应0.5-1.5h，得到石墨烯分散液；2）向石墨烯分散液中加入聚乙二醇，超声分散，在50-60℃的水浴条件下反应1-2h，得到表面改性石墨烯分散液。
4.根据权利要求3所述的石墨烯改性水性防腐涂料，其特征在于：所述石墨烯分散液和聚乙二醇的质量比为100：5-10。
5.根据权利要求3所述的石墨烯改性水性防腐涂料，其特征在于：所述石墨烯为片层石墨烯。
6.根据权利要求1所述的石墨烯改性水性防腐涂料，其特征在于：所述丙烯酸单体包括如下重量份的组分：丙烯酸异辛酯20-30份、甲基丙烯酸甲酯15-25份、丙烯酸丁酯5-15份。
7.根据权利要求1所述的石墨烯改性水性防腐涂料，其特征在于：所述填料为滑石粉；所述pH调节剂为二乙基乙醇胺；所述成膜助剂为十二碳醇酯。
8.一种权利要求1-7任一所述的一种石墨烯改性水性防腐涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将2/3的丙烯酸单体、1/2的消泡剂、成膜助剂和水混合，搅拌均匀，得到第一混合物；
S2：向第一混合物中加入改性石墨烯分散液、颜料、填料、润湿分散剂和pH调节剂，搅拌混合均匀，得到第二混合物；
S3：向第二混合物中加入剩余1/3的丙烯酸单体，1/2的消泡剂，搅拌混合均匀，得到石墨烯改性水性防腐涂料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202210914350.3A CN115160879A (zh) | 2022-08-01 | 2022-08-01 | 一种石墨烯改性水性防腐涂料及其制备方法 |
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2022
- 2022-08-01 CN CN202210914350.3A patent/CN115160879A/zh active Pending
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