CN115368801A - 一种磁化石墨烯涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种磁化石墨烯涂料及其制备方法。该涂料由主剂（A组分）和固化剂（B组分）两部分组成，其中，A组分主要由（质量百分比）环氧树脂0‑20%，硅酸盐溶液0‑30%，钛白粉0‑20%，膨胀珍珠岩粉0‑30%，微珠0‑30%，磁化石墨烯0‑10%，改性膨润土1‑5%，溶剂10‑30%、分散剂0‑0.5%组成；B组分由（质量百分比）环氧树脂5‑10%，烷基胺类固化剂50‑80%，溶剂5‑30%组成。本发明通过磁化作用实现石墨烯片层在涂料中均匀分布，赋予了涂料优异的耐高温、防腐蚀、耐老化、耐冷热循环等特性，相比于传统环氧防腐涂料，本发明的涂层可在300℃下长期使用，特别适用于高温烟气处理环保设备的内壁。
Description
技术领域
本发明属于防腐涂层领域，特别适用于高温（300℃以下）设备防腐。
背景技术
传统环氧树脂涂料具备耐酸、碱性好、附着力优良，特别是金属表面附着力强的优点；同时环氧树脂具有较好的热稳定性，电绝缘性以及优良的施工性，常用于电力、化工、冶炼、矿业等行业的工艺设备中，但环氧树脂耐候性差，易粉化，同时在长时间的高温、高湿环境中，极易产生涂层开裂、剥落等问题，尤其是设备中含有硫、氯、氟单体或化合物前提下，这些气体对涂层具备极强的渗透性，不仅对涂层造成破坏，而且设备很容易被腐蚀。
石墨烯作为极具应用潜力的二维碳材料，其极大的比表面积、优异的化学稳定性，在涂料中能同时耐酸耐碱、抵抗H2S、氯离子、二氧化硫、三氧化硫、氯化氢、高温水汽等介质渗透，防止冷凝水点腐蚀、应力腐蚀、化学腐蚀、电位腐蚀等。但目前参杂石墨烯的涂料存在诸多问题，集中体现在以下几个方面：
1、石墨烯材料容易团聚，在涂料中，尤其是涂料粘度较大时，很难分散均匀，造成涂料性能不及预期；
2、防腐涂层厚度在100µm以内，石墨烯材料在涂料中多为发散性分散，难以形成多层阻隔屏障，很难对腐蚀气体形成有效的屏蔽，对腐蚀气、液体产生的隔离效果有限；
3、石墨烯涂料为达到预期效果，需要在涂料中加入大量的石墨烯材料，造成涂料成本偏高。
本发明在传统防腐涂料中加入磁化片状石墨烯材料，涂层中石墨烯之间可以有序排列，不仅分散更加均匀，而且可以得到交替排列组成的多层阻隔屏障，在涂层内部空间形成二维多层结构状态，对烟气进行多道阻隔；而且有机-无机杂化涂层可以承受更高的烟气温度，提高材料的高温稳定性，在长期使用过程中会延缓附着力下降过程而大幅提高涂层使用寿命。
发明内容
为解决上述技术难题，本发明采用以下技术方案：
一种磁化石墨烯涂料及其制备方法，该涂料分由主剂（A组分）和固化剂（B组分）两部分组成，其中，A组分主要由（质量百分比）环氧树脂0-20%，硅酸盐溶液0-30%，钛白粉0-20%，膨胀珍珠岩粉0-30%，微珠0-30%，磁化石墨烯0-10%，改性膨润土1-5%，溶剂10-30%、分散剂0-0.5%组成；B组分由（质量百分比）环氧树脂5-10%，烷基胺类固化剂50-80%，溶剂5-30%组成。
进一步得所述的磁化石墨烯为自制，制备过程包含以下过程：取石墨烯微片浸泡在1-1.2:1稀释的硝酸溶液中，用分散机快速分散6h进行刻蚀活化，然后将石墨烯微片冲洗取出，在4%六偏磷酸钠溶液中加入氧化镍、氧化钴和石墨烯微片，其中三者质量比例为2-3：2-4：1，在超声震荡与机械搅拌共同作用下形成浆料，将所得浆料倒入反应釜中，在200℃的环境下反应6小时，反应结束后取出，在50℃的真空干燥箱中烘干得镍钴改性石墨烯；然后将改性石墨烯平铺在磁化板上，通电磁化得到磁化石墨烯。
进一步的所述的环氧树脂牌号为E-44或E-51中的一种，树脂粘度在15000-23000mPa.s之间；
进一步的所述的石墨烯为氧化石墨烯，其片层平均厚度＜5nm，层数＜3层；
进一步的所述的硅酸盐溶液为硅酸钠或硅酸锂的一种；
进一步的所述的膨胀珍珠岩粉的粒度为200-400目；
进一步的所述的微珠为玻璃微珠、粉煤灰微珠或陶瓷微珠的一种或多种；
进一步的所述的膨润土为季铵盐改性膨润土，粒度为800-1200目；
进一步的所述的溶剂为异辛醇和正丁醇中的一种或两种。
进一步的所述的烷基胺类固化剂为双十烷基甲基叔胺，十六/十八烷基叔胺，十八/十六烷基叔胺，双十八烷基叔胺中的一种。
利用本发明技术制备的耐高温防腐蚀涂料可以获得以下有益效果：
1、涂层体系由环氧树脂和硅溶胶组成，为有机-无机杂化涂层体系，无机涂层提供涂层主体，耐温抗腐蚀，有机涂层提供结合力，整体最高可以耐温至300℃，并且涂层收缩率小，不易开裂；
2、通过磁化石墨烯可以在涂层内部形成多重片状结构，可有效的抵御高温烟气中有机气体向涂层内部的渗透，防止烟气在涂层内部聚集而腐蚀涂层，可以极大的提高涂层寿命；
3、涂层中的微珠成分可以阻隔热量的传导，降低涂层内部的温度，避免结合面长时间温度过高失效从而产生涂层开裂、剥落的问题。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细说明。在下面的描述中阐述具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
实施例1
一种磁化石墨烯涂料及其制备方法，该涂料分由主剂（A组分）和固化剂（B组分）两部分组成，其中，A组分主要由（质量百分比）E-51环氧树脂20%，硅酸钠溶液30%，钛白粉20%，膨胀珍珠岩粉30%，玻璃微珠0-30%，磁化石墨烯10%，改性膨润土5%，正丁醇30%、分散剂0.5%组成；B组分由（质量百分比）E-51环氧树脂5%，双十烷基甲基叔胺80%，正丁醇30%组成；
其中磁化石墨烯为自制，制备过程包含以下过程：取石墨烯微片浸泡在1:1稀释的硝酸溶液中，用分散机快速分散6h进行刻蚀活化，然后将石墨烯微片冲洗取出，在4%六偏磷酸钠溶液中加入氧化镍、氧化钴和石墨烯微片，其中三者质量比例为2：2：1，在超声震荡与机械搅拌共同作用下形成浆料，将所得浆料倒入反应釜中，在200℃的环境下反应6小时，反应结束后取出，在50℃的真空干燥箱中烘干得镍钴改性石墨烯；然后将改性石墨烯平铺在磁化板上，通电磁化得到磁化石墨烯。
实施例2
一种磁化石墨烯涂料及其制备方法，该涂料分由主剂（A组分）和固化剂（B组分）两部分组成，其中，A组分主要由（质量百分比）E-44环氧树脂10%，硅酸钠溶液20%，钛白粉10%，膨胀珍珠岩粉20%，玻璃微珠20%，磁化石墨烯5%，改性膨润土3%，异辛醇30%、分散剂0.3%组成；B组分由（质量百分比）E-44环氧树脂5%，双十烷基甲基叔胺70%，异辛醇20%组成；
其中磁化石墨烯为自制，制备过程包含以下过程：取石墨烯微片浸泡在1.1:1稀释的硝酸溶液中，用分散机快速分散6h进行刻蚀活化，然后将石墨烯微片冲洗取出，在4%六偏磷酸钠溶液中加入氧化镍、氧化钴和石墨烯微片，其中三者质量比例为2：2：1，在超声震荡与机械搅拌共同作用下形成浆料，将所得浆料倒入反应釜中，在200℃的环境下反应6小时，反应结束后取出，在50℃的真空干燥箱中烘干得镍钴改性石墨烯；然后将改性石墨烯平铺在磁化板上，通电磁化得到磁化石墨烯。
实施例3
一种磁化石墨烯涂料及其制备方法，该涂料分由主剂（A组分）和固化剂（B组分）两部分组成，其中，A组分主要由（质量百分比）E-44环氧树脂15%，硅酸钠溶液25%，钛白粉15%，膨胀珍珠岩粉20%，粉煤灰微珠20%，磁化石墨烯8%，改性膨润土3%，正丁醇15%、分散剂0.4%组成；B组分由（质量百分比）E-44环氧树脂7%，十八烷基叔胺70%，正丁醇12%组成；
其中磁化石墨烯为自制，制备过程包含以下过程：取石墨烯微片浸泡在1.1:1稀释的硝酸溶液中，用分散机快速分散6h进行刻蚀活化，然后将石墨烯微片冲洗取出，在4%六偏磷酸钠溶液中加入氧化镍、氧化钴和石墨烯微片，其中三者质量比例为3：2：1，在超声震荡与机械搅拌共同作用下形成浆料，将所得浆料倒入反应釜中，在200℃的环境下反应6小时，反应结束后取出，在50℃的真空干燥箱中烘干得镍钴改性石墨烯；然后将改性石墨烯平铺在磁化板上，通电磁化得到磁化石墨烯。
实施例4
一种磁化石墨烯涂料及其制备方法，该涂料分由主剂（A组分）和固化剂（B组分）两部分组成，其中，A组分主要由（质量百分比）E-44环氧树脂10%，硅酸钠溶液15%，钛白粉10%，膨胀珍珠岩粉20%，陶瓷微珠20%，磁化石墨烯8%，改性膨润土3%，正丁醇15%、分散剂0.4%组成；B组分由（质量百分比）E-44环氧树脂7%，双十八烷基叔胺50%，正丁醇25%组成；
其中磁化石墨烯为自制，制备过程包含以下过程：取石墨烯微片浸泡在1.1:1稀释的硝酸溶液中，用分散机快速分散6h进行刻蚀活化，然后将石墨烯微片冲洗取出，在4%六偏磷酸钠溶液中加入氧化镍、氧化钴和石墨烯微片，其中三者质量比例为3：3：1，在超声震荡与机械搅拌共同作用下形成浆料，将所得浆料倒入反应釜中，在200℃的环境下反应6小时，反应结束后取出，在50℃的真空干燥箱中烘干得镍钴改性石墨烯；然后将改性石墨烯平铺在磁化板上，通电磁化得到磁化石墨烯。
实施例5
一种磁化石墨烯涂料及其制备方法，该涂料分由主剂（A组分）和固化剂（B组分）两部分组成，其中，A组分主要由（质量百分比）E-44环氧树脂10%，硅酸锂溶液12%，钛白粉8%，膨胀珍珠岩粉12%，陶瓷微珠10%，磁化石墨烯6%，改性膨润土2%，正丁醇22%、分散剂0.1%组成；B组分由（质量百分比）E-51环氧树脂7%，双十烷基甲基叔胺60%，正丁醇10%组成；
其中磁化石墨烯为自制，制备过程包含以下过程：取石墨烯微片浸泡在1.1:1稀释的硝酸溶液中，用分散机快速分散6h进行刻蚀活化，然后将石墨烯微片冲洗取出，在4%六偏磷酸钠溶液中加入氧化镍、氧化钴和石墨烯微片，其中三者质量比例为3：4：1，在超声震荡与机械搅拌共同作用下形成浆料，将所得浆料倒入反应釜中，在200℃的环境下反应6小时，反应结束后取出，在50℃的真空干燥箱中烘干得镍钴改性石墨烯；然后将改性石墨烯平铺在磁化板上，通电磁化得到磁化石墨烯。
实施例6
一种磁化石墨烯涂料及其制备方法，该涂料分由主剂（A组分）和固化剂（B组分）两部分组成，其中，A组分主要由（质量百分比）E-51环氧树脂0-20%，硅酸锂溶液25%，钛白粉15%，膨胀珍珠岩粉10%，玻璃微珠20%，磁化石墨烯7%，改性膨润土4%，异辛醇30%、分散剂0.5%组成；B组分由（质量百分比）E-51环氧树脂9%，十八烷基叔胺80%，异辛醇25%组成；
其中磁化石墨烯为自制，制备过程包含以下过程：取石墨烯微片浸泡在1.2:1稀释的硝酸溶液中，用分散机快速分散6h进行刻蚀活化，然后将石墨烯微片冲洗取出，在4%六偏磷酸钠溶液中加入氧化镍、氧化钴和石墨烯微片，其中三者质量比例为3：4：1，在超声震荡与机械搅拌共同作用下形成浆料，将所得浆料倒入反应釜中，在200℃的环境下反应6小时，反应结束后取出，在50℃的真空干燥箱中烘干得镍钴改性石墨烯；然后将改性石墨烯平铺在磁化板上，通电磁化得到磁化石墨烯。
Claims (9)
1.一种磁化石墨烯涂料，其特征在于，由主剂（A组分）和固化剂（B组分）两部分组成，其中，A组分主要由（质量百分比）环氧树脂0-20%，硅酸盐溶液0-30%，钛白粉0-20%，膨胀珍珠岩粉0-30%，微珠0-30%，磁化石墨烯0-10%，改性膨润土1-5%，溶剂10-30%、分散剂0-0.5%组成；B组分由（质量百分比）环氧树脂5-10%，烷基胺类固化剂50-80%，溶剂5-30%组成。
2.根据权利要求1所述一种磁化石墨烯涂料，其特征在于：所述的磁化石墨烯包含以下制备过程，取石墨烯微片浸泡在1-1.2:1稀释的硝酸溶液中，用分散机快速分散6h进行刻蚀活化，然后将石墨烯微片冲洗取出，在4%六偏磷酸钠溶液中加入氧化镍、氧化钴和石墨烯微片，其中三者质量比例为2-3：2-4：1，在超声震荡与机械搅拌共同作用下形成浆料，将所得浆料倒入反应釜中，在200℃的环境下反应6小时，反应结束后取出，在50℃的真空干燥箱中烘干得镍钴改性石墨烯；然后将改性石墨烯平铺在磁化板上，通电磁化得到磁化石墨烯。
3.根据权利要求1所述一种磁化石墨烯涂料，其特征在于：所述的环氧树脂牌号为E-44或E-51中的一种，树脂粘度在15000-23000mPa.s之间。
4.根据权利要求1所述一种磁化石墨烯涂料，其特征在于：所述的石墨烯为氧化石墨烯，片层平均厚度＜5nm，层数＜3层。
5.根据权利要求1所述一种磁化石墨烯涂料，其特征在于：所述的硅酸盐溶液为硅酸钠或硅酸锂的一种。
6.根据权利要求1所述一种磁化石墨烯涂料，其特征在于：所述的膨胀珍珠岩粉的粒度为200-400目；所述的微珠为玻璃微珠、粉煤灰微珠或陶瓷微珠的一种或多种。
7.根据权利要求1所述一种磁化石墨烯涂料，其特征在于：所述的膨润土为季铵盐改性膨润土，细度为800-1200目。
8.根据权利要求1所述一种磁化石墨烯涂料，其特征在于：所述的溶剂为异辛醇和正丁醇中的一种或两种。
9.根据权利要求1所述一种磁化石墨烯涂料，其特征在于：所述的烷基胺类固化剂为双十烷基甲基叔胺，十六/十八烷基叔胺，十八/十六烷基叔胺，双十八烷基叔胺中的一种。
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