CN116082918A - 一种水性环氧石墨烯中间漆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水性环氧石墨烯中间漆及其制备方法，属于海洋防腐涂料技术领域。其包括组分A和组分B，组分A按照质量份数包含如下原料：去离子水：18‑20份，分散剂：0.5‑1份，滑石粉：5‑10份，沉淀硫酸钡：15‑20份，石墨烯：0‑1份，云母氧化铁：12‑20份，玻璃鳞片：5‑15份，水性环氧树脂7520：7.5‑22.5份，水性环氧树脂6529：7.5‑22.5份，硅烷偶联剂：0.5‑1份，聚乙二醇1000：3‑6份；组分B按照质量份数包含如下原料：水性环氧固化剂8‑11份。本发明的提供的水性环氧石墨烯中间漆，附着力、湿附着力、柔韧性、抗冲击性等物理机械性能均表现优异，漆膜的耐水和耐蚀能力较强，制备工艺简单，能耗较低，环保安全，可实现工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于海洋防腐涂料技术领域，涉及一种水性环氧石墨烯中间漆及其制备方法，尤其涉及一种具有强屏蔽能力的水性环氧石墨烯中间漆及其制备方法。
背景技术
目前我国每年因腐蚀造成的损失非常严重，尤其是在海洋这样的恶劣环境下造成的腐蚀损失更为严重。然而，我国的防腐方式主要是涂层防护，占防腐花费的66.15％。涂料分为溶剂型涂料和水性涂料。应环保的要求，传统的溶剂型防腐涂料已难以满足环保部门的要求，应用环保的重防腐涂料是必然趋势。传统的溶剂型防腐涂料是以有机溶剂作为分散介质，而水性防腐涂料则是以水作为分散剂，使用水性涂料不仅不会造成严重的环境污染，还会降低易燃易爆的危险，是一种环境友好型涂料。水性中间漆主要起到阻隔作用，使腐蚀介质(水蒸气、氧气、化学腐蚀性物质等)很难到达钢材基底，增加了钢材基底发生氧化反应的难度，延长底漆的老化时间和使用寿命。
江孝林等人(CN113462256A)公开了一种高防水性的环氧云铁中间漆及其制备工艺，采用水性环氧树脂、聚酰胺树脂、氧化锌、辅助添加料、氯化胆碱、附着力增进剂、促溶剂、防锈颜料、灰色云母氧化铁、离子蒸馏水、消泡剂相配合的原料，其中辅助添加料为活性锌粉、三甲胺、水合硅酸镁和五水硫酸铜的混合物；促溶剂为甲基膦酸二甲酯、醋酸丁酸纤维素、流变剂、氟碳树脂硬脂酸锌、聚酰胺蜡粉和钛白粉的混合物。其配方中原料较多，制备流程较为复杂，附着力最高只能达到1级，耐蚀性能一般。
张锦等人(CN111303676A)公开了一种石墨烯分散液及其制备方法和应用该石墨烯分散液的防腐涂料，此发明制备的石墨烯分散液所用到的分散设备为超声细胞破碎机或砂磨机，使用砂磨机来分散石墨烯，设备造成的噪声大，处理量少，能耗高，难以实现工业化。
上述技术方案中，解决了现有中间漆的部分问题，但是中间漆最主要的屏蔽阻隔性能还有待进一步提升，制备工艺还可以进一步优化。
发明内容
针对现有中间漆附着力不强，屏蔽性能不好，制备工艺复杂，能耗高的问题，本发明提供一种水性环氧石墨烯中间漆及其制备方法，制备的漆膜附着力强，抗冲击性强、柔韧性好，屏蔽腐蚀介质能力强，防腐蚀效果突出，制备工艺简单，能耗低，环保安全，适用处于海洋等恶劣环境下工程装备防腐。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种水性环氧石墨烯中间漆，包含组分A和组分B；
组分A由去离子水、水性环氧树脂、颜料、填料、助剂组成，其中颜料为石墨烯、云母氧化铁和玻璃鳞片，填料为滑石粉、沉淀硫酸钡。
所述组分A按照质量份数包含如下原料：去离子水：18-20份，分散剂：0.5-1份，滑石粉：5-10份，沉淀硫酸钡：15-20份，石墨烯：0-1份，云母氧化铁：12-20份，玻璃鳞片：5-15份，水性环氧树脂7520：7.5-22.5份，水性环氧树脂6529：7.5-22.5份，硅烷偶联剂：0.5-1份，聚乙二醇1000：3-6份；
所述组分B按照质量份数包含如下原料：水性环氧固化剂3951：8-11份。
进一步地，所述组分A和组分B的质量比例为(8～10)∶1。
进一步地，所述的水性环氧树脂的型号为7520和6529，且7520和6529的比例为2∶1。
进一步地，所述硅烷偶联剂为KH-560，分散剂为BYK-190。硅烷偶联剂KH-560可有效提高无机填料、底材和树脂的粘合力，从而提高复合材料的机械强度，并且在湿态下有较高保持率。分散剂BYK-190是相对分子质量较大的离散型分散剂，其空间位阻大，对无机颜料的稳定性好。
进一步地，所述中间漆的颜料为石墨烯、云母氧化铁和玻璃鳞片。石墨烯具有蜂窝状二维平面的片层结构，对外界腐蚀介质都有很好的稳定性能和屏蔽性能；云母氧化铁为片状单晶体，具有优良的屏蔽性，同时云母氧化铁颜料中不会含铅等有害物质，生产和使用都不会对环境造成污染；玻璃鳞片的硬化收缩率低，可提高涂层的附着力，玻璃鳞片的片径较大，使涂层的水蒸气透过率降低，从而可以提高涂层的耐水性能。石墨烯、云母氧化铁和玻璃鳞片这三种颜料均呈片层状，石墨烯粒径120～200nm，云母氧化铁粒径0.5～1μm，玻璃鳞片粒径200～280μm，发挥三种颜料在涂料中的协同作用，一方面，可以有效填补涂层的空隙，尺寸小的颜料可以弥补涂料有孔洞的缺陷，使涂层的空隙率降低；另一方面，不同形状大小的颜料混合加入可以使颜料在涂层中排列的更加紧密，对树脂垂直方向发挥着良好的隔绝作用。
进一步地，所述的聚乙二醇1000具有优良的润湿性，可以使颜料排列的更紧密、有序，从而提高涂层的屏蔽性能。
进一步地，优选所述石墨烯为0.5份，云母氧化铁为20份，玻璃鳞片为5份。
进一步地，水性环氧石墨烯中间漆是由组分A和组分B组成。本发明还提供所述水性环氧石墨烯中间漆的制备方法，至少包括以下步骤：
S1：先将去离子水和石墨烯加入不锈钢容器内超声分散5-10min，再将分散剂、硅烷偶联剂和聚乙二醇1000加入其中搅拌，得到石墨烯浆液；
S2：向不锈钢容器中加入滑石粉、沉淀硫酸钡、云母氧化铁和玻璃鳞片，用高速剪切乳化机搅拌，转速为550-1000r/min，搅拌时间为8-15min；
S3：向不锈钢容器中加入水性环氧树脂，用高速分散机搅拌，搅拌速度为500-600r/min，搅拌时间为10-12min，得到组分A；
S4：将组分B，即水性环氧固化剂，加入到组分A中用高速分散机搅拌，搅拌速度为450-500r/min，搅拌时间为5-8min，得到水性环氧石墨烯中间漆。
颜填料在水中均匀分散，需要极强的剪切力或其他的一些机械外力，普通的高速分散机无法提供高强度的机械外力，而砂磨机的工作方式决定了其较低的生产效率。使用高速剪切乳化机来对颜填料进行分散，可以提供瞬间外加强度的剪切、摩擦、碰撞效果，使其分散效果大大提高。本发明选用高速剪切乳化机作为分散设备，其中高速剪切乳化机较优选的选择搅拌转速为500-1000r/min，搅拌时间为8-15min。
本发明的制备方法由于借助了高速剪切乳化机，大大提高了分散效率，因此整个制备过程所使用的分散设备转速较低，耗时较少，大大降低了能耗。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明提出的水性环氧石墨烯中间漆及其制备方法，其耐水性能好，防腐效果佳，屏蔽腐蚀介质的能力强，制备工艺简单，能耗低，满足低碳环保的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的制备工艺流程图。
图2是本发明实施例6-17的附着力测试结果图。
图3是本发明实施例6-17的湿附着力测试结果图。
图4A和图4B分别是本发明实施例14中试板盐雾0小时和盐雾1500小时的图片。
图5是本发明实施例14的试板在盐水中浸泡2200小时的图片。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种水性环氧石墨烯中间漆，由成膜物质(即清漆)、颜填料、助剂及少量水组成；
所述清漆包含如下原料：水性环氧树脂7520：15份，水性环氧树脂6529：15份，水性环氧固化剂3951：9.3份。
实施例2：
所述清漆包含如下原料：水性环氧树脂7520：20份，水性环氧树脂6529：10份，水性环氧固化剂3951：8.26份。
实施例3：
所述清漆包含如下原料：水性环氧树脂7520：10份，水性环氧树脂6529：20份，水性环氧固化剂3951：10.34份。
实施例4：
所述清漆包含如下原料：水性环氧树脂7520：22.5份，水性环氧树脂6529：7.5份，水性环氧固化剂3951：7.74份。
实施例5：
所述清漆包含如下原料：水性环氧树脂7520：7.5份，水性环氧树脂6529：22.5份，水性环氧固化剂3951：10.86份。
清漆在干燥过程中由于水分挥发会导致漆膜留下很多空隙，而这些空隙会成为外界腐蚀介质到达钢材基底的通道，颜填料可以起到填补空隙的作用，不同形状大小的颜填料的排布也会影响空隙的大小，为了有效地填补这些空隙，选择石墨烯、云母氧化铁、玻璃鳞片这三种不同形状大小的颜料来研究其耐水性能。
实施例6：
一种水性环氧石墨烯中间漆，包含组分A和组分B；
所述组分A按照质量份数包含如下原料：去离子水：18份，分散剂：0.5份，滑石粉：5份，沉淀硫酸钡：15份，石墨烯：0份，云母氧化铁：12份，玻璃鳞片：5份，水性环氧树脂7520：20份，水性环氧树脂6529：10份，硅烷偶联剂：1份，聚乙二醇1000：4份；
所述组分A和组分B的质量比例为8∶1。
基于上述原料配比，本实施例现提出一种水性环氧石墨烯中间漆的制备工艺，如图1所示，包括如下步骤：
第一步：先将去离子水和石墨烯加入不锈钢容器内超声分散5-10min，再将分散剂、硅烷偶联剂和聚乙二醇加入其中搅拌，得到石墨烯浆液；
第二步：向不锈钢容器中加入滑石粉、沉淀硫酸钡、云母氧化铁和玻璃鳞片，用高速剪切乳化机搅拌，转速为550-1000r/min，搅拌时间为8-15min；
第三步：向不锈钢容器中加入水性环氧树脂，用高速分散机搅拌，搅拌速度为500-600r/min，搅拌时间为10-12min，得到组分A；
第四步：将组分B，即水性环氧固化剂，加入到组分A中用高速分散机搅拌，搅拌速度为450-500r/min，搅拌时间为5-8min，得到水性环氧石墨烯中间漆。
实施例7：
所述组分A按照质量份数包含如下原料：去离子水：18份，分散剂：0.5份，滑石粉：5份，沉淀硫酸钡：15份，石墨烯：0.3份，云母氧化铁：12份，玻璃鳞片：5份，水性环氧树脂7520：20份，水性环氧树脂6529：10份，硅烷偶联剂：1份，聚乙二醇1000：4份；
所述组分A和组分B的质量比例为8∶1。
基于上述原料配比，本实施例的制备方法与实施例6相同。
实施例8：
所述组分A按照质量份数包含如下原料：去离子水：18份，分散剂：0.5份，滑石粉：5份，沉淀硫酸钡：15份，石墨烯：0.5份，云母氧化铁：12份，玻璃鳞片：5份，水性环氧树脂7520：20份，水性环氧树脂6529：10份，硅烷偶联剂：1份，聚乙二醇1000：4份；
所述组分A和组分B的质量比例为8∶1。
基于上述原料配比，本实施例的制备方法与实施例6相同。
实施例9：
所述组分A按照质量份数包含如下原料：去离子水：18份，分散剂：0.5份，滑石粉：5份，沉淀硫酸钡：15份，石墨烯：0.8份，云母氧化铁：12份，玻璃鳞片：5份，水性环氧树脂7520：20份，水性环氧树脂6529：10份，硅烷偶联剂：1份，聚乙二醇1000：4份；
所述组分A和组分B的质量比例为8∶1。
基于上述原料配比，本实施例的制备方法与实施例6相同。
实施例10：
所述组分A按照质量份数包含如下原料：去离子水：18份，分散剂：0.5份，滑石粉：5份，沉淀硫酸钡：15份，石墨烯：1份，云母氧化铁：12份，玻璃鳞片：5份，水性环氧树脂7520：20份，水性环氧树脂6529：10份，硅烷偶联剂：1份，聚乙二醇1000：4份；
所述组分A和组分B的质量比例为8∶1。
基于上述原料配比，本实施例的制备方法与实施例6相同。
实施例11：
所述组分A按照质量份数包含如下原料：去离子水：18份，分散剂：0.5份，滑石粉：5份，沉淀硫酸钡：15份，石墨烯：1.5份，云母氧化铁：12份，玻璃鳞片：5份，水性环氧树脂7520：20份，水性环氧树脂6529：10份，硅烷偶联剂：1份，聚乙二醇1000：4份；
所述组分A和组分B的质量比例为8∶1。
基于上述原料配比，本实施例的制备方法与实施例6相同。
实施例12：
所述组分A按照质量份数包含如下原料：去离子水：18份，分散剂：0.5份，滑石粉：5份，沉淀硫酸钡：15份，石墨烯：0.5份，云母氧化铁：15份，玻璃鳞片：5份，水性环氧树脂7520：20份，水性环氧树脂6529：10份，硅烷偶联剂：1份，聚乙二醇1000：4份；
所述组分A和组分B的质量比例为8∶1。
基于上述原料配比，本实施例的制备方法与实施例6相同。
实施例13：
所述组分A按照质量份数包含如下原料：去离子水：18份，分散剂：0.5份，滑石粉：5份，沉淀硫酸钡：15份，石墨烯：0.5份，云母氧化铁：18份，玻璃鳞片：5份，水性环氧树脂7520：20份，水性环氧树脂6529：10份，硅烷偶联剂：1份，聚乙二醇1000：4份；
所述组分A和组分B的质量比例为8∶1。
基于上述原料配比，本实施例的制备方法与实施例6相同。
实施例14：
所述组分A按照质量份数包含如下原料：去离子水：18份，分散剂：0.5份，滑石粉：5份，沉淀硫酸钡：15份，石墨烯：0.5份，云母氧化铁：20份，玻璃鳞片：5份，水性环氧树脂7520：20份，水性环氧树脂6529：10份，硅烷偶联剂：1份，聚乙二醇1000：4份；
所述组分A和组分B的质量比例为9∶1。
基于上述原料配比，本实施例的制备方法与实施例6相同。
实施例15：
所述组分A按照质量份数包含如下原料：去离子水：18份，分散剂：0.5份，滑石粉：5份，沉淀硫酸钡：15份，石墨烯：0.5份，云母氧化铁：25份，玻璃鳞片：5份，水性环氧树脂7520：20份，水性环氧树脂6529：10份，硅烷偶联剂：1份，聚乙二醇1000：4份；
所述组分A和组分B的质量比例为9∶1。
基于上述原料配比，本实施例的制备方法与实施例6相同。
实施例16：
所述组分A按照质量份数包含如下原料：去离子水：18份，分散剂：0.5份，滑石粉：5份，沉淀硫酸钡：15份，石墨烯：0.5份，云母氧化铁：20份，玻璃鳞片：10份，水性环氧树脂7520：20份，水性环氧树脂6529：10份，硅烷偶联剂：1份，聚乙二醇1000：4份；
所述组分A和组分B的质量比例为9∶1。
基于上述原料配比，本对比例的制备方法与实施例6相同。
实施例17：
所述组分A按照质量份数包含如下原料：去离子水：18份，分散剂：0.5份，滑石粉：5份，沉淀硫酸钡：15份，石墨烯：0.5份，云母氧化铁：20份，玻璃鳞片：15份，水性环氧树脂7520：20份，水性环氧树脂6529：10份，硅烷偶联剂：1份，聚乙二醇1000：4份；
所述组分A和组分B的质量比例为10∶1。
基于上述原料配比，本对比例的制备方法与实施例6相同。
对实施例1-5得到的清漆进行分析和性能检测，分析和检测结果如表1所示：
表1
对实施例6-17得到的水性环氧石墨烯中间漆进行分析和性能检测，分析和检测结果如图2-5及表2所示：
表2
通过表1中实施例1-5的试验结果可以得出，当水性环氧树脂7520与6529的比例为2∶1时，漆膜的各项物理机械性能最好。
通过表2中实施例6-11的试验结果可以得出，石墨烯能与云母氧化铁、玻璃鳞片形成良好的协同作用，石墨烯的加入能显著提升漆膜的各项性能，但是加入过量的石墨烯，会导致漆膜的各项性能减弱；
通过对比实施例12-15的试验结果可以得出，适量的云母氧化铁能提升漆膜的耐水性能，当云母氧化铁的质量占比小于或大于20份时，漆膜的耐水性能和防腐性能均有所下降，当云母氧化铁的质量份数为20时，漆膜的耐水性最好，屏蔽效果最佳；
通过对比实施例14和实施例16-17的试验结果可以得出，玻璃鳞片在配方中的质量份数对漆膜性能的影响较大，且当玻璃鳞片的质量份数为5时，漆膜的各项性能均表现优异。
图4是本发明实施例14中试板盐雾0小时和盐雾1500小时的图片，从图4可以看出，实施例9在盐雾1500h后，涂层未出现起泡、脱落、生锈等现象，扩蚀宽度较小。
图5是本发明实施例14的试板在盐水中浸泡2200小时的图片，从图5可以看出，试板在浸泡2200小时后涂层未出现气泡、生锈的现象，说明当石墨烯的质量份数为0.5，云母氧化铁的质量份数为20，玻璃鳞片的质量份数为5时，涂层的耐水性能最好。
综合对比实施例6-17的试验结果可以得出，当石墨烯的质量份数为0.5，云母氧化铁的质量份数为20，玻璃鳞片的质量份数为5时，涂层的物理机械性能及耐水性能最强。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种水性环氧石墨烯中间漆，其特征在于包含组分A和组分B；
组分A由去离子水、水性环氧树脂、颜料、填料、助剂组成，其中颜料为石墨烯、云母氧化铁和玻璃鳞片，填料为滑石粉、沉淀硫酸钡。所述组分A按照质量份数包含如下原料：去离子水：18-20份，分散剂：0.5-1份，滑石粉：5-10份，沉淀硫酸钡：15-20份，石墨烯：0-1份，云母氧化铁：12-20份，玻璃鳞片：5-15份，水性环氧树脂7520(环氧当量：1010g/moL；固含量：53％)：7.5-22.5份，水性环氧树脂6529(环氧当量：540g/moL；固含量：57％)：7.5-22.5份，硅烷偶联剂：0.5-1份，聚乙二醇1000：3-6份；
所述组分B按照质量份数包含如下原料：水性环氧固化剂3951(活泼氢当量：306g/moL；固含量：78％)：8-11份。
2.根据权利要求1所述的一种水性环氧石墨烯中间漆，其特征在于，所述组分A和组分B的质量比例为(8～10)∶1。
3.根据权利要求1所述的一种水性环氧石墨烯中间漆，其特征在于，所述的水性环氧树7520和6529的比例为2∶1。
4.根据权利要求1所述的一种水性环氧石墨烯中间漆，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH-560，分散剂为BYK-190。
5.根据权利要求1所述的一种水性环氧石墨烯中间漆，其特征在于，所述中间漆的颜料为石墨烯、云母氧化铁和玻璃鳞片，石墨烯粒径120～200nm，云母氧化铁粒径0.5～1μm，玻璃鳞片粒径200～280μm。
6.根据权利要求1所述的一种水性环氧石墨烯中间漆，其特征在于，所述石墨烯为0.5份，云母氧化铁为20份，玻璃鳞片为5份。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种水性环氧石墨烯中间漆的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
S1：先将去离子水和石墨烯加入不锈钢容器内超声分散5-10min，再将分散剂、硅烷偶联剂和聚乙二醇1000加入其中搅拌，得到石墨烯浆液；
S2：向不锈钢容器中加入滑石粉、沉淀硫酸钡、云母氧化铁和玻璃鳞片，用高速剪切乳化机搅拌，转速为550-1000r/min，搅拌时间为8-15min；
S3：向不锈钢容器中加入水性环氧树脂，用高速分散机搅拌，搅拌速度为500-600r/min，搅拌时间为10-12min，得到组分A；
S4：将组分B，即水性环氧固化剂，加入到组分A中用高速分散机搅拌，搅拌速度为450-500r/min，搅拌时间为5-8min，得到水性环氧石墨烯中间漆。
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