CN117229679A - 一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及防腐涂料技术领域，且公开了一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料，按重量份由以下组分组成：自制丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂10.0‑20.0份，去离子水20.0‑30.0份，防腐剂0.2‑0.5份，成膜助剂1.0‑2.0份，润湿分散剂1.0‑5.0份，石墨烯改性锌粉包覆材料50.0‑60.0份，PH调节剂0.1‑0.2份，防沉剂0.5‑1.0份，氮气2.0‑5.0份。本发明气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料，具有长效防腐、高附着力、清洁环保、安全稳定，且满足气雾型涂料的要求，施工方便、安全、不含有机溶剂，闪点高，不易燃，安全隐患小。
Description
技术领域
本发明涉及防腐涂料领域，尤其涉及一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料及其制备方法。
背景技术
钢结构材料在现在房屋建筑、大桥建设中大量使用，对于钢结构材料防腐蚀是最重要的要求，目前钢结构材料的长效防腐一般采用热镀锌的方法，即将除锈后的钢结构部件浸入500℃左右融化的金属锌液体中，使钢结构部件表面附着金属锌层，采用牺牲阳极法起到防腐蚀的目的。这种热镀锌工艺采用了大量化学材料进行除锈清洗钢结构部件，产生大量废水，严重影响工人身体健康，也造成严重环境污染，已经被逐渐禁止。
目前的冷镀锌工艺主要采用的是用溶剂型的富锌涂料对金属钢结构部件进行喷涂，由于采用有毒有害的挥发性有机溶剂同样会对施工工人和环境造成影响，并且其防腐效果并不理想，达不到长效防腐的目的，而且容易出现涂层附着力差，掉漆、开裂等问题，起不到防腐作用。同时冷镀锌施工需要专门的喷涂设备，使用不方便，特别是已经安装完成的钢结构建筑和大桥需要进一步防腐处理的部分，基本无法施工。
为解决上述问题，本申请中提出一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料及其制备方法。
发明内容
(一)发明目的
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料及其制备方法，本发明利用了丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂中偏氯乙烯分子结构上的对称性，使得丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂具有很好的结晶性和优良的阻隔性能，进而形成致密阻隔层以有效阻止水汽和氧气对钢结构材料的腐蚀，解决了气雾型水性防腐涂料难以达到溶剂型防腐涂料性能要求的难题，同时本发明利用了硅烷偶联剂包覆改性锌粉和石墨烯混合材料，解决石墨烯易团聚和锌粉本身在水中与水发生化学反应的问题，石墨烯材料片层结构在涂层中交错排列，形成“迷宫效应”，有效抑制腐蚀介质的渗透，提高涂层的物理阻隔性，同时石墨烯可以填充到涂层缺陷中，增强涂层致密性，进一步延缓腐蚀因子侵入基体表面，另外石墨烯可将涂层分割成许多小区间，有效降低涂层内部应力，提高涂层的柔韧性、抗冲击性、耐磨性和防腐性能，制成的气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料采用氮气为抛射剂、内涂层为环氧酚醛的包装灌和阀门的气雾型包装形式，存储稳定，携带方便，容易施工，无挥发性有机物，无易燃易爆的危险。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料，按重量份由以下组分组成：
所述自制丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂的分子量在1.50×105-2.40×105之间，所述自制丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂的粒径在104-160nm之间,在上述分子量和粒径范围内的丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂能够适用于水性气雾剂型涂料的制备，耐高压且在气雾罐中的稳定性良好，喷涂后成膜过程中能够自干；
所述防腐剂为卡松，所述成膜助剂为Texanol酯醇，所述润湿分散剂为SILCOSPERSE HLD-5；
所述PH调节剂为AMP95，所述防沉剂为DH-6930S。
优选的，自制丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂按重量份由以下组分组成：
优选的，石墨烯改性锌粉包覆材料按重量份由以下组分组成：
一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将按比例称量的水和配方中自制丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂置于容器中，然后在300-500rm/min低速搅拌下将防腐剂、成膜助剂、润湿分散剂物料按顺序加入，然后分散均匀；
S2、将石墨烯改性锌粉包覆材料在300-500rm/min低速搅拌下缓慢加入，然后1800-2000rm/min高速分散20—30min，确保所有物料分散均匀，细度≤50um；
S3、将防沉剂在300-500rm/min低速搅拌下缓慢加入容器中，然后中速搅拌10-150min，确保分散均匀，并加入PH调节剂使PH值调节到8.5-9.0；
S4、将调好粘度的产品按要求过滤灌装至内壁有防腐涂层的气雾罐，装上有防腐涂层的阀门，封口后充入氮气抛射剂，制成气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料。
优选的，自制丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂的制备方法如下：
S1、在混合搅拌乳化釜中按比例加入所需蒸馏水份数的60％，然后按比例加入一半的所需乳化剂，搅拌使其溶解，将混合液冷却至5±1℃的冰浴中，在搅拌作用下按比例加入所需的偏二氯乙烯和丁基丙烯酸酯，搅拌制备预乳化乳液，预乳化时间为1h；
S2、在另外一个带有机械搅拌器，恒压滴液漏斗，回流冷凝器和温度计的反应釜中加入剩余乳化剂和蒸馏水，搅拌溶解后将按比例加入一半的所需引发剂，搅拌溶解之后恒温30±1℃下将预乳化液以恒定的速度滴加到反应釜中，搅拌下2.5h加完，继续反应4h后加入另一半引发剂，将温度升到40±1℃后反应2h结束，降温35℃以下，用100目以上的过滤袋过滤，得到丙烯酸酯改性水性偏氯乙烯树脂。
优选的，石墨烯改性锌粉包覆材料的制备方法如下：
S1、将锌粉和石墨烯分散于无水乙醇中，高速搅拌分散2.5h后得到锌粉和石墨烯分散液，然后将硅烷偶联剂加入到锌粉和石墨烯分散液中，用醋酸调节PH为4-5，升温到60±1℃超声波震荡下反应24h。
S2、将上述步骤一制备的分散液静止降至室温，石墨烯改性锌粉固体沉降后分离出上层无水乙醇液体，下层石墨烯改性锌粉固体在120℃烘箱中烘干后得到石墨烯改性锌粉包覆材料。
优选的，乳化剂为Tween-80，引发剂为(NH4)2S2O8和Na2S2O3，重量比例为1:1。
优选的，在S1中，选取300-500rm/min中速分散5-8min。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
1、聚偏氯乙烯树脂是金属防腐涂料常用的树脂材料，有着优良的阻隔性能，形成的致密阻隔层可以有效地阻止水汽和氧气等对金属材料的腐蚀，因此有着优异的防腐性能，但聚偏氯乙烯树脂本身有着柔韧性不好、附着力差的问题，会造成普通防腐涂料涂层附着力差，掉漆、开裂等问题，本发明在聚偏氯乙烯树脂聚合中掺入了具有一定柔韧性的丁基丙烯酸酯成分，聚合成的水性聚偏氯乙烯树脂不仅具有优异的防腐性能又不存在柔韧性不好、附着力差的问题。
2、由于锌粉和石墨烯是一种活性成分，容易本身聚团，不容易在涂料中分散，同时在水性体系中锌粉本身就会和水发生反应，为了解决这两个问题，本发明使用了硅偶联剂对这两个材料进行包覆改性的处理，同时锌粉是冷镀锌涂料的必要成分，在锌粉中加入石墨烯成分，利用石墨烯在涂料中具有片层结构交错排列的特性，能够有效抑制腐蚀介质的浸润，渗透和扩散，提高涂层的物理阻隔性；同时石墨烯可以填充到涂层的缺陷当中，减少涂层孔隙率，增强涂层致密性，进一步延缓或阻止腐蚀因子侵入到基体表面；另外石墨烯可将涂层分割成许多小区间，有效降低了涂层的内部应力，消耗断裂能量，进一步提高涂层的柔韧性、抗冲击、耐磨性和防腐性能。由于石墨烯具有较好的导电性能，有助于金属锌对钢铁材料的防腐保护。
4、本发明制备的气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料采用了氮气作为水性防腐涂料体系的抛射剂，具有环氧酚醛内涂层的气雾剂型包装罐和阀门，以氮气为抛射剂不影响水性冷镀锌防腐涂料的稳定性，也无二甲醚和液化气做抛射剂具有的可燃性，在水性防腐涂料体系中无有毒有害的挥发性有机溶剂的基础上，并进一步减少了挥发性有机物(VOC)含量及对施工工人和大气环境的影响；环氧酚醛内涂层的气雾剂包装灌解决了水性体系对气雾剂包装材料的腐蚀问题，保障了气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料储存稳定性能和使用性能；同时气雾型包装形式，携带方便、容易施工，不需要专门的喷涂施工设备，特别是已经安装完成的钢结构建筑和大桥需要进一步防腐处理时更加方便。
附图说明
图1为本发明提出的一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料制备方法流程图。
图2为本发明提出的一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料中自制丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂制备的制备工艺图。
图3为本发明提出的一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料中石墨烯改性锌粉包覆材料的制备工艺图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实例1
自制丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂制备
所需原料如下：
制备方法如下：
步骤一：在混合搅拌乳化釜中按比例加入所需蒸馏水份数的60％，然后按比例加入一半的所需乳化剂，搅拌使其溶解，将混合液冷却至5±1℃的冰浴中，在搅拌作用下按比例加入所需的偏二氯乙烯和丁基丙烯酸酯，搅拌制备预乳化乳液，预乳化时间为1h。
步骤二：在另外一个带有机械搅拌器，恒压滴液漏斗，回流冷凝器和温度计的反应釜中加入剩余乳化剂和蒸馏水，搅拌溶解后按比例加入一半的所需引发剂(引发剂为(NH4)2S2O8和Na2S2O3，重量比例为1:1)，搅拌溶解之后恒温30±1℃下将预乳化液以恒定的速度滴加到反应釜中，搅拌下2.5h加完，继续反应4h后加入另一半引发剂，将温度升到40℃后反应2h结束，降温35℃以下，用100目以上的过滤袋过滤，得到丙烯酸酯改性水性偏氯乙烯树脂。
石墨烯改性锌粉包覆材料的制备
所需原料：
制备方法和步骤如下：
步骤一：将锌粉和石墨烯分散于无水乙醇中，高速分散2.5h得到锌粉和石墨烯分散液，然后将硅烷偶联剂(异丁基三乙氧基硅)加入到锌粉和石墨烯分散液中，用醋酸调节PH为4，升温到60℃超声波震荡下反应24h。
步骤二：将上述步骤一制备的分散液静止降至室温，石墨烯改性锌粉固体沉降后分离出上层无水乙醇液体，下层石墨烯改性锌粉固体在120℃烘箱中烘干后就得到石墨烯改性锌粉包覆材料。
一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料，所用原料如下：
一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料的制备步骤如下：
S1、将按比例称量的水和配方中自制丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂置于容器中，然后在300rm/min低速搅拌下将防腐剂、成膜助剂、润湿分散剂物料按顺序加入，然后300rm/min中速分散5min，确保助剂分散均匀。
S2、将石墨烯改性锌粉包覆材料在300rm/min低速搅拌下缓慢加入，然后1800rm/min高速分散20min，确保所有物料分散均匀，细度50um。
S3、将防沉剂在300-500rm/min低速搅拌下缓慢加入容器中，然后中速搅拌10-150min，确保分散均匀，并加入PH调节剂使PH值调节到8.5-9.0。
S4、将调好粘度的产品按要求过滤灌装至内壁有防腐涂层的气雾罐，装上有防腐涂层的阀门，封口后充入氮气抛射剂，制成气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料。
实例2
在实施例1的基础上，不同在于：
一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料：
原料份数如下：
一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将按比例称量的水和配方中自制丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂置于容器中，然后在500rm/min低速搅拌下将防腐剂、成膜助剂、润湿分散剂物料按顺序加入，然后分散；
S2、将石墨烯改性锌粉包覆材料在500rm/min低速搅拌下缓慢加入，然后2000rm/min高速分散30min，确保所有物料分散均匀，细度45um；
S3、S3、将防沉剂在300-500rm/min低速搅拌下缓慢加入容器中，然后中速搅拌10-150min，确保分散均匀，并加入PH调节剂使PH值调节到8.5-9.0。
S4、将调好粘度的产品按要求过滤灌装至内壁有防腐涂层的气雾罐，装上有防腐涂层的阀门，封口后充入氮气抛射剂，制成气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料。
实例3
在实例1的方案基础上，不同在于：
丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂原料份数如下：
石墨烯改性锌粉包覆材料原料份数如下：
优选的，自制丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂的制备方法如下：
S1、在混合搅拌乳化釜中按比例加入所需蒸馏水份数的60％，然后按比例加入一半的所需乳化剂，搅拌使其溶解，将混合液冷却至6℃的冰浴中，在搅拌作用下按比例加入所需的偏二氯乙烯和丁基丙烯酸酯，搅拌制备预乳化乳液，预乳化时间为1h；
S2、在另外一个带有机械搅拌器，恒压滴液漏斗，回流冷凝器和温度计的反应釜中加入剩余乳化剂和蒸馏水，搅拌溶解后将按比例加入一半的所需引发剂，搅拌溶解之后恒温30℃下将预乳化液以恒定的速度滴加到反应釜中，搅拌下2.5h加完，继续反应4h后加入另一半引发剂，将温度升到39.5℃后反应2h结束，降温34℃，用100目以上的过滤袋过滤，得到丙烯酸酯改性水性偏氯乙烯树脂。
优选的，引发剂为(NH4)2S2O8和Na2S2O3，重量比例为1:1。
优选的，在S1中，选取400rm/min中速分散6.5min。
优选的，石墨烯改性锌粉包覆材料的制备方法如下：
S1、将锌粉和石墨烯分散于无水乙醇中，高速搅拌分散2.5h后得到锌粉和石墨烯分散液，然后将硅烷偶联剂加入到锌粉和石墨烯分散液中，用醋酸调节PH为4.5，升温到60℃超声波震荡下反应24h。
S2、将上述步骤一制备的分散液静止降至室温，锌粉和石墨烯固体沉降后分离出上层无水乙醇液体，下层锌粉和石墨烯固体在120℃烘箱中烘干后得到石墨烯改性锌粉包覆材料。
其他内容及制备工艺同实例1。
实验
本发明三个实例制备的样品和普通桶装溶剂型的富锌涂料样品对照，按照冷镀锌的施工工艺喷板后测试其性能对比如下表：
由以上检测结果可见，应用本发明制得的气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料要好于对照样普通桶装溶剂型的富锌涂料，基本可以完全替代热镀锌工艺，本发明气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料，具有长效防腐、高附着力、清洁环保、安全稳定，且满足气雾型涂料的要求，施工方便、安全、不含有机溶剂，闪点高，不易燃，安全隐患小。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (11)
1.一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料，其特征在于，按重量份由以下组分组成：
2.根据权利要求1所述的一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料，其特征在于，自制丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂按重量份由以下组分组成：
3.根据权利要求1所述的一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料，其特征在于，石墨烯改性锌粉包覆材料按重量份由以下组分组成：
4.一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将按比例称量的水和配方中自制丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂置于容器中，然后在300-500rm/min低速搅拌下将防腐剂、成膜助剂、润湿分散剂物料按顺序加入，确保助剂均匀分散；
S2、将石墨烯改性锌粉包覆材料在300-500rm/min低速搅拌下缓慢加入，然后1800-2000rm/min高速分散20—30min，确保所有物料分散均匀，
细度≤50um；
S3、将防沉剂在300-500rm/min低速搅拌下缓慢加入容器中，然后中速搅拌10-150min，确保分散均匀，并加入PH调节剂使PH值调节到8.5-9.0；
S4、将上述处理后的料液灌装至气雾剂罐中，装上阀门扎盖，然后充入氮气抛射剂2.0-5.0份，制成气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料；
所述S3中调节料液黏度至20±2秒(25℃，涂-4杯)；所述S4中气雾罐内部及气雾阀门涂有耐腐蚀的环氧酚醛保护膜。
5.根据权利要求4所述的一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料的制备方法，其特征在于，自制丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂的制备方法如下：
S1、在混合搅拌乳化釜中按比例加入所需蒸馏水份数的60％，然后按比例加入一半的所需乳化剂，搅拌使其溶解，将混合液冷却至5±1℃的冰浴中，在搅拌作用下按比例加入所需的偏二氯乙烯和丁基丙烯酸酯，搅拌制备预乳化乳液，预乳化时间为1h；
S2、在另外一个带有机械搅拌器，恒压滴液漏斗，回流冷凝器和温度计的反应釜中加入剩余乳化剂和蒸馏水，搅拌溶解后按比例加入一半的所需引发剂，搅拌溶解之后恒温30±1℃下将预乳化液以恒定的速度滴加到反应釜中，搅拌下2.5h加完，继续反应4h后加入另一半引发剂，将温度升到40±1℃后反应2h结束，降温35℃以下，用100目以上的过滤袋过滤，得到丙烯酸酯改性水性偏氯乙烯树脂。
6.根据权利要求4所述的一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料的制备方法，其特征在于，石墨烯改性锌粉包覆材料的制备方法如下：
S1、将锌粉和石墨烯分散于无水乙醇中，高速搅拌分散2.5h后得到锌粉和石墨烯分散液，然后将硅烷偶联剂加入到锌粉和石墨烯分散液中，用醋酸调节PH为4-5，升温到60±1℃超声波震荡下反应24h；
S2、将上述步骤S1制备的分散液静止降至室温，石墨烯改性锌粉固体沉降后分离出上层无水乙醇液体，下层石墨烯改性锌粉固体在120℃烘箱中烘干后得到石墨烯改性锌粉包覆材料。
7.根据权利要求5所述的一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料的制备方法，其特征在于，自制丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂的引发剂为(NH4)2S2O8和Na2S2O3，重量比例为1:1。
8.根据权利要求5所述的一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料的制备方法，其特征在于，自制丙烯酸酯改性水性聚偏氯乙烯树脂的乳化剂为水包油性乳化剂，HLB值10-15。
9.根据权利要求6所述的一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料的制备方法，其特征在于，石墨烯改性锌粉包覆材料的硅烷偶联剂为乙烯基硅烷，氨基硅烷，优选异丁基三乙氧基硅烷。
10.根据权利要求6所述的一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料的制备方法，其特征在于，锌粉粒径小于50um，石墨烯粉粒径小于10um。
11.根据权利要求6所述的一种气雾型石墨烯改性水性冷镀锌防腐涂料的制备方法，其特征在于，润湿分散剂为阴离子型的改性聚酯，不含烷基酚乙氧基化物。
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|---|---|---|---|---|
| CN118146664A (zh) * | 2024-05-13 | 2024-06-07 | 华南理工大学 | 一种石墨烯改性包覆锌粉、防腐涂料及其制备方法和应用 |
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2023
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