CN104877517B - 一种水性环氧复合防腐涂料的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种水性环氧复合防腐涂料的制备方法，涉及复合涂层材料的制备方法，本发明采用碳化二亚胺（EDC）介导的缩合反应将沸石与石墨烯一体化，再将一体化的沸石与石墨烯填充到水性环氧树脂中制得水性环氧复合防腐涂料。该方法成功的将沸石的多孔道、大比表面积的特性与石墨烯高强度、电子迁移率相结合，在涂料的防腐应用过程中不仅能够阻挡和延长腐蚀粒子通过涂层到达金属基体的时间，还可以凭借石墨烯的导电性，使腐蚀过程中的阴极反应转移到涂层与空气界面上进行，减缓电化学腐蚀反应的发生。该方法克服了目前水性防腐涂层中普遍存在的阻隔性差和防腐周期短的缺点，大大提高了水性涂层的防腐性能。

Description

一种水性环氧复合防腐涂料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种有机复合涂层材料的制备方法，特别是涉及一种水性环氧复合防腐涂料的制备方法。

背景技术

金属腐蚀给工业和社会的发展带来巨大的安全隐患和经济损失，而采用防腐涂层是抑制金属腐蚀最普遍、最经济的方法。传统溶剂型涂料中溶剂含量约在40%左右，某些涂料如硝基漆在施工时的溶剂含量可高达80%，因此发展环境友好型涂料已成为涂料领域的研究热点。环境友好型涂料是指低VOC、低毒性的涂料，目前主要的品种有水性涂料、粉末涂料、高固体分涂料和辐射固化涂料。从产品形态和使用方法来看，水性涂料与溶剂型涂料是相同的。水性涂料的应用一般不受场合的限制，也不需要专用的涂装工具和设备，因此水性涂料将成为涂料的主导产品。

近年来，在众多的水性涂料中，水性环氧树脂涂料和纳米改性环氧树脂涂料迅速发展。由于环氧树脂具有优异的物理和化学性能，如良好的附着力、耐化学药品性和耐溶剂性，而且其硬度高、热稳定性优良。但在实际应用中水性环氧树脂也存在一定的不足，如水性化引起的强度下降，阻隔性下降等，因此亟需开发一种新的水性复合涂料。

石墨烯是一种新型的碳材料，其是一层由碳原子以sp2杂化连接而成的二维碳原子层，其厚度只有0.34nm，是目前发现的最薄的二维纳米材料。经研究发现，石墨烯是目前世界上强度最高的材料，其强度比高强碳纤维高20 倍，比最好的钢铁还高 100 倍。此外石墨烯还具有极大的比表面积、极高的热导率以及载流子迁移率等多种优异的特质。使其在晶体管，超级电容器，选择透过性膜，增强材料等诸多领域具有广泛的应用前景。

沸石是最具代表性的分子筛，其具有均匀的微孔结构，它的孔穴直径大小均匀，这些孔穴能把比其直径小的分子吸附到孔腔的内部，并对极性分子和不饱和分子具有优先吸附能力。正是由于沸石具备吸附能力高，热稳定性强等其它吸附剂所没有的优点，使其在各个领域一直备受关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水性环氧复合防腐涂料的制备方法，该方法通过温和的反应将沸石与石墨烯一体化，相较于简单的机械共混具有更高的稳定性，避免了石墨烯片层的重新堆垛、聚集。使得水性环氧涂料的耐久性、防腐性和强度均大幅提高。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种水性环氧复合防腐涂料的制备方法，所述方法采用碳化二亚胺（EDC）介导的缩合反应将沸石与石墨烯一体化后再与水性环氧树脂复合而成，具体合成步骤如下：

a沸石的氨基化：将3~4g的沸石放入50ml的有机溶剂中，搅拌下升温到80℃，然后加入5~6ml的硅烷偶联剂，继续回流8h，冷却至室温洗涤过滤，于60℃热空气中干燥；

b沸石与石墨烯一体化：将还原石墨烯超声分散在50~100ml蒸馏水中；配置10mmol/5mmol的EDC/N-羟基丁二酰亚胺（NHS）水溶液并加入到分散的石墨烯中，活化0.5小时后加氨基化的沸石常温搅拌4~6小时，离心干燥制得接枝有沸石的石墨烯；

c 取10-40份上述接枝有沸石的石墨烯作为填料，加入到100-200份水和100-200份水性树脂的混合液中，在球磨机中分散1-2h，即得水性环氧复合防腐涂料的母液；

d取25-50份水性固化剂与50-100份水混合均匀后再与水性环氧复合防腐涂料的母液按1：3-4的比例混合即可。

所述的一种水性环氧复合防腐涂料的制备方法，所述步骤a中加入的硅烷偶联剂为KH550、或KH-560、或KH-570、或KH-580、或KH-590。

所述的一种水性环氧复合防腐涂料的制备方法，所述步骤c中的水性环氧树脂为Ar555环氧树脂、或H228A环氧树脂、或E44环氧乳液、或E51环氧乳液、或E20环氧乳液。

所述一种水性环氧复合防腐涂料的制备方法，步骤d中的的水性固化剂为Aq419、或H228B、或W651、或W650。

本发明的优点与效果是：

1.本发明的制备方法是通过温和的反应将沸石与石墨烯一体化，相较于简单的机械共混具有更高的稳定性，避免了石墨烯片层的重新堆垛、聚集。

2.本发明制备水性环氧复合防腐涂料成功的将沸石的高吸附性和石墨烯的高电子迁移率很好的结合，使得水性环氧涂料的耐久性、防腐性和强度均大幅提高。

3.本发明中采用接枝有沸石的石墨烯作为填料，纳米级与微米级粒子共同作用，进一步消除了因涂刷工艺形成针孔等涂料缺陷而造成防腐效果下降的弊端，使涂刷工艺更简单化。

附图说明

图1为沸石接枝石墨烯的方法；

图2为水性环氧复合防腐涂料的防腐蚀作用机理。

注：本发明的附图为状态分析示意图或照片，图中文字或影像不清晰并不影像对本发明技术方案的理解。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

本发明提出使用的水性环氧复合防腐涂料的制备方法，所用的填料是将沸石与石墨烯一体化的新型无机填料, 其不仅具有高空隙率、还具有高强度和高导电性。当腐蚀粒子进入涂层时，由于沸石的多孔结构能够很好的阻隔腐蚀粒子在图层中的迁移延长其到达金属基体的时间，并由于石墨烯的存在还可以将腐蚀产生的电荷快速的导出，使阴极反应转移到涂层与空气的界面上进行，延缓电化学腐蚀的发展（图2），进而减慢腐蚀的发展进程，使得涂层的耐久性和防腐性均大幅提高。

实施例 1

（1）沸石接枝石墨烯：

1）沸石的氨基化：将4g的沸石放入50ml的有机溶剂中，搅拌下升温到80℃，然后加入6ml的硅烷偶联剂，继续回流8h，冷却至室温洗涤过滤，于60℃热空气中干燥；

2）沸石与石墨烯一体化：将还原石墨烯超声分散在100ml蒸馏水中。配置10mmol/5mmol的EDC/NHS水溶液并加入到分散的石墨烯中，活化0.5小时后加入氨基化的沸石常温搅拌6小时，离心干燥制得接枝有沸石的石墨烯。

（2）防腐涂料的制备 ：

1）取100份水性环氧树脂和 100 份水，

2）取35份沸石接枝石墨烯填料，加入以上树脂体系中， 在球磨机中分散1h。3）取50份水性固化剂与100份水混合均匀；将水性环氧复合防腐涂料的母液与稀释好的水性固化剂按 4：1 的比例混合涂覆在经处理好的金属基板上，控制厚度在 30-200um，室温固化即可。

Claims (3)

1.一种水性环氧复合防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述方法采用碳化二亚胺（EDC）介导的缩合反应将沸石与石墨烯一体化后再与水性环氧树脂复合而成，具体合成步骤如下：

a沸石的氨基化：将3~4g的沸石放入50ml的有机溶剂中，搅拌下升温到80℃，然后加入5~6ml的硅烷偶联剂，继续回流8h，冷却至室温洗涤过滤，于60℃热空气中干燥；

b沸石与石墨烯一体化：将还原石墨烯超声分散在50~100ml蒸馏水中；配置10mmol/5mmol的EDC/N-羟基丁二酰亚胺（NHS）水溶液并加入到分散的石墨烯中，活化0.5小时后加氨基化的沸石常温搅拌4~6小时，离心干燥制得接枝有沸石的石墨烯；

c 取10-40份上述接枝有沸石的石墨烯作为填料，加入到100-200份水和100-200份水性环氧树脂的混合液中，在球磨机中分散1-2h，即得水性环氧复合防腐涂料的母液；

d取25-50份水性固化剂与50-100份水混合均匀后再与水性环氧复合防腐涂料的母液按1：3-4的比例混合即可；

所述步骤a中加入的硅烷偶联剂为KH550、或KH-560、或KH-570、或KH-580、或KH-590。

2.根据权利要求1所述的一种水性环氧复合防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤c中的水性环氧树脂为Ar555环氧树脂、或H228A环氧树脂、或E44环氧乳液、或E51环氧乳液、或E20环氧乳液。

3.根据权利要求1所述一种水性环氧复合防腐涂料的制备方法，其特征在于，步骤d中的的水性固化剂为Aq419、或H228B、或W651、或W650。