CN115975413B - 碳量子点改性的水性无机富锌涂料及碳量子点改性锌粉制备方法 - Google Patents
碳量子点改性的水性无机富锌涂料及碳量子点改性锌粉制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115975413B CN115975413B CN202211648421.6A CN202211648421A CN115975413B CN 115975413 B CN115975413 B CN 115975413B CN 202211648421 A CN202211648421 A CN 202211648421A CN 115975413 B CN115975413 B CN 115975413B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon quantum
- quantum dot
- zinc powder
- zinc
- dot modified
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 153
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 64
- 239000011701 zinc Substances 0.000 title claims abstract description 64
- 239000003973 paint Substances 0.000 title claims abstract description 53
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 44
- -1 carbon quantum dot modified zinc powder Chemical class 0.000 title claims abstract description 37
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 33
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 27
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 27
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 16
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 13
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 13
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 12
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims description 10
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 9
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 claims description 9
- 239000004111 Potassium silicate Substances 0.000 claims description 8
- 239000013530 defoamer Substances 0.000 claims description 8
- 229910052913 potassium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 8
- NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N potassium silicate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Si]([O-])=O NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 8
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 6
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 claims description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 40
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 22
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 22
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 17
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 15
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 15
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 8
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 7
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 7
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 7
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 6
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 4
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 4
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 4
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 238000004210 cathodic protection Methods 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M Nitrite anion Chemical compound [O-]N=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 2
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 2
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 2
- 239000013522 chelant Substances 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 238000005536 corrosion prevention Methods 0.000 description 2
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H iron(3+) sulfate Chemical compound [Fe+3].[Fe+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- DMKSVUSAATWOCU-HROMYWEYSA-N loteprednol etabonate Chemical compound C1CC2=CC(=O)C=C[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@@](C(=O)OCCl)(OC(=O)OCC)[C@@]1(C)C[C@@H]2O DMKSVUSAATWOCU-HROMYWEYSA-N 0.000 description 2
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 description 2
- 235000010446 mineral oil Nutrition 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 239000006254 rheological additive Substances 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910001200 Ferrotitanium Inorganic materials 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000746 Structural steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 229910052910 alkali metal silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 1
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 1
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 1
- 239000001023 inorganic pigment Substances 0.000 description 1
- 229910052909 inorganic silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoferriooxy)iron hydrate Chemical compound O.O=[Fe]O[Fe]=O NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000036647 reaction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 description 1
Landscapes
- Paints Or Removers (AREA)
Abstract
本发明涉及碳量子点改性的水性无机富锌涂料及碳量子点改性锌粉制备方法。在水性无机富锌涂料中添加碳量子点改性锌粉。特别是在水性无机富锌涂料中添加碳量子点改性锌粉为总质量的20.0～33.3％。碳量子点的中心为具有高度缺陷结构的sp2杂化石墨核，可作为电子供体和受体，具有良好导电性能，为锌粉构建良好导电通路。碳量子点表面含有的氧极化基团可与锌粉发生反应，生成Zn‑O‑C化学键，使得碳量子点与锌粉部分表面形成紧密结合界面，这些界面为锌粉发生阳极氧化时，保留部分导电通路，锌粉内部电子可通过此界面传递至碳量子点和钢铁底材，持续提供电化学阴极保护，提高长效防腐性能。本发明还提出碳量子点改性锌粉的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂料，更具体而言，涉及一种水性无机富锌涂料，尤其是碳量子点改性的水性无机富锌涂料及碳量子点改性锌粉制备方法。
背景技术
富锌涂料是钢铁防腐涂料中的重要品种之一，其干燥固化形成的涂层主要由锌粉和粘结物(有机环氧树脂或无机硅酸盐)组成。富锌涂料一般用作底漆，其涂层与钢铁底材直接接触，当腐蚀发生时，利用金属锌的电极电位比钢铁低的特性，锌作为牺牲阳极，在腐蚀原电池中保护阴极金属(钢铁)，从而发挥防腐作用。
由于富锌底漆的防护机理主要为上述的电化学作用，所以锌粉与钢铁底材形成导电通路非常重要，在重防腐领域一般要求涂层中的锌粉含量≥80％，以便锌粉可以相互接触导电，电化学防腐作用得以充分发挥。但是不能忽视的是，当腐蚀原电池反应进行时，生成的氧化产物氧化锌不具有导电性，其包覆在锌粉表面，使得导电通路被阻断，这将影响锌粉电化学保护作用的持续发挥。有研究表明，在富锌涂料的服役过程中只有30％左右的锌粉发挥了有效的阴极保护作用，约70％的锌粉即使在涂层失效、钢铁发生严重腐蚀后，也还依然保持着金属价态，造成金属锌浪费的同时，也使得涂层无法对钢铁底材进行应有的长效防护。
近年来有研究者通过添加石墨烯和碳纳米管等导电纳米材料来对富锌涂料进行改性，为锌粉强化导电通路，增强富锌涂料涂层的导电性，进而提高防腐性能。
陕西科技大学的杨凯在《Nano Research》2022年第5期上发表论文，制备了一种具有导电特性的碳包覆ZnS纳米球，纳米球的碳壳为锌粉增加了导电路径，其在富锌涂料中的添加可以使得更多的锌粉发挥作用，延长了涂层的保护时间，其机理图如图1所示。常规的富锌涂料腐蚀过程如示意图1(a)所示，灰球代表锌粉，白球代表锌粉发挥牺牲阳极作用后的反应产物ZnO，可见当涂层防护失效，底材的铁已经被腐蚀为氧化铁时，未与底材接触的大部分锌仍保持着金属态，未起到阴极保护作用；而添加了制备的导电碳包覆ZnS纳米球后，锌粉之间的导电通道得以建立，锌粉可以发挥阴极保护作用最终转换成氧化锌的比例有所提高，对钢铁的防腐时效延长，如示意图1(b)所示。
由于在ZnS纳米球包覆了碳元素，形成了疏水表面，涂层的润湿角度从84°提高到95°，这样就容易出现在水中分散不良、稳定性不佳的问题；此外，ZnS具有钝化钢铁的作用，在水和氧气存在的条件下，可在钢铁表面生成一层致密的硫酸铁，而硫酸铁不具有导电性，这将影响锌粉和钢铁导电连接，进而影响基于电化学防护作用对钢铁的防护。
中国专利CN107674577A通过在无机富锌防锈涂料中添加了碳纳米管和石墨烯，利用石墨烯、碳纳米管与锌粉形成一个导电网络结构，提升涂膜导电性能，在较少锌粉的含量下，确保防腐性能。但由于碳纳米管和石墨烯表面能较高，为达到在水性涂料良好分散中需要添加大量表面活性剂，带来的副作用使得涂层的耐水性能受到影响；此外石墨烯和碳纳米管表面没有大量活性基团，无法和锌粉形成化学键合，和锌粉松散接触的状态也容易在与锌粉界面处产生的氧化锌破坏导电通路，造成导电失效。
中国专利CN105131665A采用碱金属硅酸盐、铝改性硅溶胶、无机颜料、有机膨润土、水玻璃、晶须增强材料、助剂和锌粉、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、铁钛粉制备了一种水性无机富锌底漆，具有耐化学腐蚀、耐高低温、附着力和抗冲击性能强的特性。由于添加的晶须和纳米氧化锌不具有导电性，无法帮助锌粉形成导电通路，涂料中添加不具有导电性的硅酸盐和硅溶胶等成膜物质，将导致部分锌粉不能完全和钢铁构成原电池，阴极保护作用无法充分发挥，所以添加未经导电改性的晶须和纳米氧化锌对锌粉有效利用率的提升和涂层防腐性能的提高没有帮助。
中国专利CN105273454B制备了一种纤维状核壳结构凹凸棒石-聚苯胺复合材料，通过将其添加到无机富锌复合防锈涂料中，改善了涂层与金属基材结合力、耐盐雾性、耐划伤腐蚀和耐冲击性能，其原理为纳米改性聚苯胺对金属表面的钝化作用和对电子传递的屏障作用可显著改善复合涂料的耐划伤腐蚀性能。但由于聚苯胺会对钢铁底材产生钝化作用，钝化层将降低钢铁与锌粉的导电连接，影响锌粉电化学保护作用的发挥。
综上所述，近年来现有公开技术通过添加石墨烯和碳纳米管等导电纳米材料来对富锌涂料进行改性，为锌粉强化导电通路，增强富锌涂料涂层的导电性，虽然防腐性能有所增加，但是仍存在以下不足：
(1)由于石墨烯和碳纳米管的片(长)径比和比表面积较大，在范德华力的作用下极易发生团聚现象，加之水的表面张力较大，石墨烯和碳纳米管表面极性基团较少，润湿和分散不良的问题将更加突出，这将导致树脂不能形成有效粘结，造成涂层附着强度不佳。
(2)石墨烯和碳纳米管分子表面活性基团少，无法和锌粉形成有效化学键合，仅靠树脂进行物理粘结，这将导致当锌粉发生阴极氧化时，锌粉表面生成的氧化锌会在石墨烯或碳纳米管接触的界面处产生，破坏金属锌和石墨烯或碳纳米管二者之间的导电通路，进而使得金属锌无法继续发挥阴极保护作用，影响长效防腐性能。
发明内容
本发明目的在于通过在水性无机富锌涂料中的添加制备的导电纳米材料——碳量子点改性的锌粉，可同时对附着强度和防腐性能起到提升作用，具体机理如下：
(1)由于碳量子点表面含有大量氧极化基团(羧基、羟基和胺基)，这些亲水基团可帮助碳量子点改性锌粉在水性无机富锌涂料中被充分润湿并稳定分散，此外这些活性基团在固化成膜后可与底材和树脂形成氢键，增强涂层的附着强度。
(2)碳量子点的中心为具有高度缺陷结构的sp2杂化石墨核，可作为电子供体和受体，具有良好导电性能，为锌粉构建良好导电通路。碳量子点表面含有的氧极化基团可与锌粉发生反应，生成Zn-O-C化学键，使得碳量子点与锌粉部分表面形成紧密结合界面，这些界面为锌粉发生阳极氧化时，保留部分导电通路，锌粉内部电子可通过此界面传递至碳量子点和钢铁底材，持续提供电化学阴极保护，提高长效防腐性能。
本发明解决了石墨烯或碳纳米管等常规导电纳米材料在添加于水性无机富锌涂料改性时，由于石墨烯或碳纳米管的片(长)径比和比表面积较大引起的易团聚、润湿分散不佳引起的附着强度不佳，分子表面缺少活性基团、与锌粉界面结合不佳引起的长效防腐性能弱的问题。
本发明的技术方案如下：
一种碳量子点改性的水性无机富锌涂料；在水性无机富锌涂料中添加碳量子点改性锌粉。
进一步的，所述的碳量子点改性的水性无机富锌涂料；在水性无机富锌涂料中添加碳量子点改性锌粉为总质量的20.0～33.3％。
进一步的，所述的碳量子点改性的水性无机富锌涂料；碳量子点改性的水性无机富锌涂料是由双组分组成的水性无机富锌涂料，碳量子点改性锌粉添加在粉料组分中。
进一步的，所述的碳量子点改性的水性无机富锌涂料；碳量子点改性锌粉添加在粉料组分中的含量为粉料组分质量百分含量的30.0～50.0％。
进一步的，所述的碳量子点改性的水性无机富锌涂料；双组份如下：
所述A组分包含按质量百分数含量计算的如下组分：
5.0～10.0％去离子水、
87.0～94.0％硅酸钾乳液、
0.2～1.0％增稠剂、
0.3～1.0％消泡剂、
0.5～1.0防闪锈剂；
所述B组分包含按质量百分数含量计算的如下组分：
30.0～50.0％碳量子点改性锌粉、
30.0～50.0％未改性锌粉、
0.0～40.0％磷铁粉；
A组分和B组分质量比为1比2。
本发明的碳量子点改性的水性无机富锌涂料中碳量子点改性锌粉的制备方法，包括如下步骤：
1)将2.0～4.0重量份柠檬酸和0.5～1.5重量份乙二胺溶解于8.0～12.0重量份的去离子水中，混合均匀后转移至水热高压反应釜中，180～200℃加热反应4～6h，将反应后溶液用0.1～0.5μm滤膜抽滤，获得的滤液在蒸馏水中进行透析，得到碳量子点水溶液；
2)将锌粉分散于等重量份的乙醇中搅拌均匀后，加入与乙醇等重量份步骤1)的碳量子点水溶液，搅拌8～12h，用乙醇抽滤，抽真空干燥后制得碳量子点改性锌粉。
所述的锌粉选用300～800目球状锌粉或片状锌粉。
其中，柠檬酸选用工业级，优选为天津希恩思奥普德科技有限公司工业级柠檬酸；乙二胺选用工业级，优选为天津市江天化工技术股份有限公司工业级乙二胺；锌粉选用300～800目球状锌粉或片状锌粉，优选为600目球状锌粉，生产厂家为江苏科成有色金属新材料有限公司。锌粉改性前后的扫描电镜微观形貌图如图2所示，EDS谱图如图3所示。
本发明水性无机富锌车间底漆的通用制备方法：
所述A组分的制备方法：确认搅拌釜内干净干燥后，将去离子水、硅酸钾乳液缓慢倒入搅拌釜中，开启搅拌，转速设定为500～600r/min，在搅拌下加入增稠剂、消泡剂和防闪锈剂，搅拌10～20min后，停止搅拌，采用100～150目滤网过滤包装，完成A组分的制备。
所述B组分的制备方法：将碳量子点改性锌粉、未改性锌粉、磷铁粉按重量比称量后加入防爆干粉混合搅拌机中，开启搅拌，转速设定为80～120r/min，搅拌20～30min，采用20～40目筛网过滤包装，完成B组分的制备。
调漆：涂装前，A组分与B组分按照1比2的重量比例，在气动或者电动搅拌下，将B组分倒入A组分中，搅拌均匀后加入2.0～5.0％重量比的去离子水稀释后喷涂。
所述硅酸钾乳液包括模数在4.0～6.0的硅酸钾乳液，优选为上海美经化工材料有限公司的WZ-3001乳液、武汉现代工业技术研究院E777-9乳液；
所述增稠剂可选用非离子缔合型流变改性剂、阴离子疏水改性丙烯酸碱溶胀型增稠剂，优选为美国陶氏公司的Acrysol RM-12W、德国BASF公司的RHEOVIS AS 1130；
所述消泡剂可选用聚醚硅氧烷共聚物类型消泡剂、矿物油类型消泡剂，优选为德国毕克化学公司的BYK-1789、德国迪高助剂公司的TEGO Airex 902w；
所述防闪锈剂可选用有机锌螯合物类型防闪锈剂、亚硝酸盐类型防闪锈剂，优选为美国海明斯公司的NALZIN FA179、美国瑞宝助剂公司的RAYBO 60。
所述锌粉选用300～800目球状锌粉、片状锌粉，优选为600目球状锌粉，生产厂家为江苏科成有色金属新材料有限公司；
所述磷铁粉选用600～1000目磷铁粉，优选为800目磷铁粉，生产厂家为什邡市长江化工实业有限公司。
本发明对比了已公开的纳米材料改性溶剂型富锌涂料和水性富锌涂料文献和专利，未见在水性无机富锌涂料中添加导电纳米材料碳量子点改性锌粉的技术方案报道。针对石墨烯或碳纳米管等导电纳米材料添加在水性无机富锌涂料时，由于片(长)径比和比表面积较大引起的易团聚、润湿分散不佳引起的附着强度不佳，分子表面缺少活性基团、与锌粉界面结合不佳引起的长效防腐性能弱问题，本发明制备了导电纳米材料碳量子点改性的锌粉，通过在水性无机富锌涂料中添加碳量子点改性锌粉，可同时提升附着强度和防腐性能。
附图说明
图1：碳包覆ZnS纳米球提升富锌涂料防腐性能示意图(a)常规富锌涂料腐蚀过程；(b)含导电碳包覆ZnS纳米球的富锌涂料腐蚀过程
图2：锌粉改性前后的扫描电镜微观形貌图(a1)未改性锌粉8k倍SEM图；(a2)未改性锌粉50k倍SEM图；(b1)碳量子点改性锌粉8k倍SEM图；(b2)碳量子点改性锌粉50k倍SEM图
图3：锌粉改性前后的EDS谱图(a)未改性锌粉EDS谱图；(b)碳量子点改性锌粉EDS谱图
具体实施方式
1.制备方法
一种碳量子点改性的水性无机富锌涂料的制备方法包含如下步骤，所述碳量子点改性的水性无机富锌涂料由双组分组成，即A组分和B组分。
A组分的制备：确认搅拌釜内干净干燥后，将去离子水、硅酸钾乳液缓慢倒入搅拌釜中，开启搅拌，转速设定为500～600r/min，在搅拌下加入增稠剂、消泡剂和防闪锈剂，搅拌10～20min后，停止搅拌，采用100～150目滤网过滤包装，完成A组分的制备。
B组分的制备：将碳量子点改性锌粉、未改性锌粉、磷铁粉按重量比称量后加入防爆干粉混合搅拌机中，开启搅拌，转速设定为80～120r/min，搅拌20～30min，采用20～40目筛网过滤包装，完成B组分的制备。
调漆：涂装前，A组分与B组分按照1比2的重量比例，在气动或者电动搅拌下，将B组分倒入A组分中，搅拌均匀后加入2.0～5.0％重量比的去离子水稀释后喷涂。
2.采用原材料
所述A组分制备原料：硅酸钾液可选用模数在4.0～6.0的硅酸钾液，优选为上海美经化工材料有限公司的WZ-3001乳液、武汉现代工业技术研究院E777-9乳液；增稠剂可选用非离子缔合型流变改性剂、阴离子疏水改性丙烯酸碱溶胀型增稠剂，优选为美国陶氏公司的Acrysol RM-12W、德国BASF公司的RHEOVIS AS 1130；消泡剂可选用聚醚硅氧烷共聚物类型消泡剂、矿物油类型消泡剂，优选为德国毕克化学公司的BYK-1789、德国迪高助剂公司的TEGO Airex902w；防闪锈剂可选用有机锌螯合物类型防闪锈剂、亚硝酸盐类型防闪锈剂，优选为美国海明斯公司的NALZIN FA179、美国瑞宝助剂公司的RAYBO 60。
所述B组分制备原料：锌粉选用300～800目球状锌粉、片状锌粉，优选为600目球状锌粉，生产厂家为江苏科成有色金属新材料有限公司；磷铁粉选用600～1000目磷铁粉，优选为800目磷铁粉，生产厂家为什邡市长江化工实业有限公司。所述碳量子点改性锌粉，通过将碳量子点表面氧极化活性基团与锌反应生成Zn-O-C键，形成基于化学键的紧密结合界面制得，其具体制备方法如下：将2.0～4.0重量份柠檬酸和0.5～1.5重量份乙二胺溶解于8.0～12.0重量份的去离子水中，混合均匀后转移至水热高压反应釜中，180～200℃加热反应4～6h，将反应后溶液用0.1～0.5μm滤膜抽滤，获得的滤液在蒸馏水中进行透析，得到碳量子点水溶液备用；将锌粉分散于等重量份的乙醇中搅拌均匀后，加入与乙醇等重量份自制的碳量子点水溶液，搅拌8～12h，用乙醇抽滤，抽真空干燥后制得碳量子点改性锌粉。其中，柠檬酸选用工业级，优选为天津希恩思奥普德科技有限公司工业级柠檬酸；乙二胺选用工业级，优选为天津市江天化工技术股份有限公司工业级乙二胺；锌粉选用300～800目球状锌粉或片状锌粉，优选为600目球状锌粉，生产厂家为江苏科成有色金属新材料有限公司。
3.实施例和对比例
一种碳量子点改性的水性无机富锌涂料实施例1～5和对比例1～3的配方如表1所示，配方中所述配比均为质量分。
表1实施例与对比例配方表
实施例1中所述碳量子点改性锌粉A的制备方法为：将4.0重量份柠檬酸和1.5重量份乙二胺溶解于8.0重量份的去离子水中，混合均匀后转移至水热高压反应釜中，200℃加热反应6h，将反应后溶液用0.1μm滤膜抽滤，获得的滤液在蒸馏水中进行透析，得到碳量子点水溶液备用；将锌粉分散于等重量份的乙醇中搅拌均匀后，加入与乙醇等重量份自制的碳量子点水溶液，搅拌12h，用乙醇抽滤，抽真空干燥后制得碳量子点改性锌粉A。锌粉改性前后的扫描电镜微观形貌图如图2所示，EDS谱图如图3所示。
实施例2中所述碳量子点改性锌粉B的制备方法为：将3.0重量份柠檬酸和1.0重量份乙二胺溶解于10.0重量份的去离子水中，混合均匀后转移至水热高压反应釜中，200℃加热反应5h，将反应后溶液用0.2μm滤膜抽滤，获得的滤液在蒸馏水中进行透析，得到碳量子点水溶液备用；将锌粉分散于等重量份的乙醇中搅拌均匀后，加入与乙醇等重量份自制的碳量子点水溶液，搅拌10h，用乙醇抽滤，抽真空干燥后制得碳量子点改性锌粉B。
实施例3中所述碳量子点改性锌粉C的制备方法为：将2.0重量份柠檬酸和0.5重量份乙二胺溶解于12.0重量份的去离子水中，混合均匀后转移至水热高压反应釜中，180℃加热反应4h，将反应后溶液用0.5μm滤膜抽滤，获得的滤液在蒸馏水中进行透析，得到碳量子点水溶液备用；将锌粉分散于等重量份的乙醇中搅拌均匀后，加入与乙醇等重量份自制的碳量子点水溶液，搅拌8h，用乙醇抽滤，抽真空干燥后制得碳量子点改性锌粉C。
上述实施例和对比例在涂装前，A组分与B组分按照1比2的重量比例，在气动或者电动搅拌下，将B组分倒入A组分中，搅拌均匀后加入2.0～5.0％重量比的去离子水稀释后喷涂。
4.性能评价
采用上述方案制备水性无机富锌涂料，在GB/T9271中规定的普通碳素结构钢板上喷涂。试板的表面处理应达到GB/T8923—1988规定的Sa2.5级。喷涂施工后，经过7d养护，参照HG/T 3668-2020《富锌底漆》测试方法，评估涂层性能，测试结果如表2所示。
表2实施例与对比例性能测试结果
通过表1和表2可以看出，实施例与对比例的效果具体对比如下：
添加碳量子点改性锌粉的实施例1～5与未添加纳米填料的对比例1、添加按照已公开专利天津烯腾科技有限公司的XTJL-201石墨烯的对比例2、添加按照已公开专利中科院成都有机所型号为TNHC碳纳米管的样品对比例3相比，拉开法附着力有约2倍的提升，说明碳量子点在涂层中具有良好分散，其表面的羟基、胺基和羧基活性基团与底材、树脂和锌粉相互作用，提升了结合强度；耐盐雾性从未添加碳量子点改性锌粉的400～1000h大幅提升至1800～2700h，说明碳量子点可为锌粉建立长期有效的导电通道，使得锌粉发挥阴极保护的比例大幅提升，进而提升了耐盐雾性。因此，当碳量子点改性锌粉在水性无机富锌涂料B组分(粉料组分)中添加重量介于30.0～50.0％之间时，即在水性无机富锌涂料中添加重量介于20.0～33.3％时，对涂层的拉开法附着强度、耐盐雾防腐性能均有明显提升。
本发明公开和提出的技术方案，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
Claims (3)
1.一种碳量子点改性的水性无机富锌涂料；其特征是，在水性无机富锌涂料中添加碳量子点改性锌粉；碳量子点改性的水性无机富锌涂料是由A、B双组分组成的水性无机富锌涂料，碳量子点改性锌粉添加在粉料组分中；A组分包含按质量百分数含量计算的如下组分：
5.0~10.0%去离子水、
87.0~94.0%硅酸钾乳液、
0.2~1.0%增稠剂、
0.3~1.0%消泡剂、
0.5~1.0防闪锈剂；
所述B组分包含按质量百分数含量计算的如下组分：
30.0~50.0%碳量子点改性锌粉、
30.0~50.0%未改性锌粉、
0.0~40.0%磷铁粉；
A组分和B组分质量比为1比2；
制备方法包括如下步骤：
（1）将2.0~4.0重量份柠檬酸和0.5~1.5重量份乙二胺溶解于8.0~12.0重量份的去离子水中，混合均匀后转移至水热高压反应釜中，180~200 ℃加热反应4~6 h，将反应后溶液用0.1~0.5 μm滤膜抽滤，获得的滤液在蒸馏水中进行透析，得到碳量子点水溶液；
（2）将锌粉分散于等重量份的乙醇中搅拌均匀后，加入与乙醇等重量份步骤1）的碳量子点水溶液，搅拌8~12 h，用乙醇抽滤，抽真空干燥后制得碳量子点改性锌粉。
2.如权利要求1所述的碳量子点改性的水性无机富锌涂料；其特征是，在水性无机富锌涂料中添加碳量子点改性锌粉为总质量的20.0~33.3%。
3.如权利要求1所述的碳量子点改性的水性无机富锌涂料；其特征是，锌粉选用300~800目球状锌粉或片状锌粉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211648421.6A CN115975413B (zh) | 2022-12-21 | 2022-12-21 | 碳量子点改性的水性无机富锌涂料及碳量子点改性锌粉制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211648421.6A CN115975413B (zh) | 2022-12-21 | 2022-12-21 | 碳量子点改性的水性无机富锌涂料及碳量子点改性锌粉制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115975413A CN115975413A (zh) | 2023-04-18 |
| CN115975413B true CN115975413B (zh) | 2024-05-10 |
Family
ID=85973330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211648421.6A Active CN115975413B (zh) | 2022-12-21 | 2022-12-21 | 碳量子点改性的水性无机富锌涂料及碳量子点改性锌粉制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115975413B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102206433A (zh) * | 2010-03-29 | 2011-10-05 | 武汉工业学院 | 一种基于改性水玻璃的无机富锌涂料及其制备方法 |
| CN107841159A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-03-27 | 陈翠莲 | 一种添加改性锌粉的无机富锌涂料 |
| CN109777167A (zh) * | 2019-01-11 | 2019-05-21 | 华东理工大学 | 一种无机富锌涂料的制备方法 |
| CN110437654A (zh) * | 2019-08-08 | 2019-11-12 | 深圳航天科技创新研究院 | 一种水性无机富锌防腐涂料及其制备方法 |
| CN112838213A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-05-25 | 广州倬粤电能科技有限公司 | 一种含有改性纳米锌粉的锌锰电池及其制备方法 |
| CN113652140A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-11-16 | 肇庆中特能科技投资有限公司 | 一种环氧重防腐涂料及其应用 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101612514B1 (ko) * | 2014-06-16 | 2016-04-14 | 포항공과대학교 산학협력단 | 에멀젼을 이용한 탄소 양자점의 제조 방법 |
| CN105214635B (zh) * | 2015-10-26 | 2019-03-05 | 上海理工大学 | 一种复合光催化剂及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-12-21 CN CN202211648421.6A patent/CN115975413B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102206433A (zh) * | 2010-03-29 | 2011-10-05 | 武汉工业学院 | 一种基于改性水玻璃的无机富锌涂料及其制备方法 |
| CN107841159A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-03-27 | 陈翠莲 | 一种添加改性锌粉的无机富锌涂料 |
| CN109777167A (zh) * | 2019-01-11 | 2019-05-21 | 华东理工大学 | 一种无机富锌涂料的制备方法 |
| CN110437654A (zh) * | 2019-08-08 | 2019-11-12 | 深圳航天科技创新研究院 | 一种水性无机富锌防腐涂料及其制备方法 |
| CN112838213A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-05-25 | 广州倬粤电能科技有限公司 | 一种含有改性纳米锌粉的锌锰电池及其制备方法 |
| CN113652140A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-11-16 | 肇庆中特能科技投资有限公司 | 一种环氧重防腐涂料及其应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 碳量子点荧光探针识别与测定水溶液中的Cr（Ⅵ）;李冬等;厦门大学学报（自然科学版）;第56卷(第5期);626-632 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115975413A (zh) | 2023-04-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108864790B (zh) | 石墨烯复合防锈颜料及其制备方法 | |
| CN108624196B (zh) | 水性环氧预涂底漆及其制备方法 | |
| CN103173087B (zh) | 一种水性丙烯酸酯接枝环氧树脂防腐防静电涂料及其制备方法 | |
| CN107556492B (zh) | 一种含石墨烯的水性环氧树脂乳液及其制备方法 | |
| CN109181490B (zh) | 一种水性环氧防腐涂料及其制备方法 | |
| CN111363450A (zh) | 一种改性环氧防腐涂料及其制备方法和应用 | |
| CN110218504A (zh) | 一种钢结构防腐涂料 | |
| CN108929581B (zh) | 水性金属用环保防腐涂料及其制备方法 | |
| CN113234342B (zh) | 一种氨基酸接枝氧化石墨烯填料及其制备方法和在水性环氧富锌涂料中的应用 | |
| CN112574606A (zh) | 一种碳纳米管防腐涂料 | |
| CN110437696B (zh) | 单组份水性石墨烯防腐涂料、其制备方法及应用 | |
| CN115975413B (zh) | 碳量子点改性的水性无机富锌涂料及碳量子点改性锌粉制备方法 | |
| CN115044279A (zh) | 二维聚多巴胺增强水性环氧复合防腐涂料及其制法与应用 | |
| CN109179497B (zh) | 一种球形二氧化钛制备方法及其在自清洁涂层方面的应用 | |
| CN114907743A (zh) | 一种水性浸涂漆 | |
| CN108752987B (zh) | 一种石墨烯-氧化物复合涂层的制备方法及其应用 | |
| CN110527369A (zh) | 一种改性石墨烯冷喷锌涂料及其制备方法和应用 | |
| CN104140737B (zh) | 应用于铁路支座上水性环氧富锌底漆的制备方法 | |
| CN105801071A (zh) | 底面合一无机转锈耐高温防锈涂料配方和制作技术 | |
| CN115873478A (zh) | 一种高固体份聚苯胺环氧防腐底漆及其制备方法 | |
| CN114316259B (zh) | 一种短纤维聚苯胺及其在水性重防腐涂料中的应用 | |
| CN111763437B (zh) | 一种石墨烯改性硅钛纳米重防腐材料的制备方法 | |
| CN110724438A (zh) | 一种水性环氧树脂防腐蚀涂料及其制备方法 | |
| CN110760239A (zh) | 一种复合纳米材料增强的水性环氧底漆及其制备方法 | |
| CN115029027B (zh) | 一种石墨烯载锌粉体及基于其的防腐涂料 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |