CN106752672A - 一种基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涂料技术领域，提供一种基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆，解决石墨烯在水性环氧涂料中的分散和稳定问题，使该涂料的防腐蚀性能大幅改善，提高锌粉利用率，节约金属锌资源的消耗，由组分一和组分二组成，所述组分一由以下重量份的各原料组成：改性胺固化剂3～10重量份、溶剂3～5重量份、分散剂0.1～1重量份、填料0～30重量份、锌粉20～85重量份、流变助剂1～2重量份、石墨烯0.1～1重量份、脱水剂0.5～1重量份；所述组分二由以下重量份的各原料组成：环氧乳液60～80重量份、消泡剂0.1～0.5重量份、润湿剂0.1～0.5重量份、水0～20重量份、闪锈抑制剂1～5重量份。

Description

一种基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆及其生产方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆及其生产方法。
背景技术
锌粉底漆因具有优异的防腐蚀性能被广泛应用于各行各业钢铁设施和设备的防腐涂装，其作用是腐蚀发生时金属锌作为阳极释放电子延缓钢铁的腐蚀。近年来随着环保法规的要求以及人们环保意识的提高，水性环氧富锌底漆应用领域扩大，逐步替代传统的溶剂型环氧富锌底漆，以降低VOC的排放。
水性环氧富锌底漆和传统溶剂型环氧富锌底漆一样，需要添加大量的锌粉作为防腐蚀填料才能起到较好的防腐蚀性能，该产品同样存在锌粉利用率低、金属锌失效过快等问题，造成了金属锌资源的浪费。为提高锌粉底漆中金属锌的利用率，改善其涂层的防腐蚀性能，国内外进行了大量的研究工作，如在锌粉底漆中添加铝粉、导电云母粉、导电石墨、石墨烯，导电炭黑等材料来提高锌粉利用率，改善涂料的防腐蚀性能，以及降低锌粉用量等。目前，国内石墨烯应用于水性环氧富锌底漆的研究处于起步阶段，尚无产品规模化生产和应用，主要问题是石墨烯在水性涂料中的分散和稳定困难，贮存使用过程中易发生团聚和絮凝，降低了这种材料的使用效果，甚至在涂料贮存过程中石墨烯失效；对石墨烯的片径分布、导电性等没有进行合理选择，影响涂层的致密性和屏蔽效果，无法改善富锌底漆的防腐蚀性能，甚至因体积电阻过低而加速涂层失效。
发明内容
因此，针对以上内容，本发明提供一种基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆，解决石墨烯在水性环氧涂料中的分散和稳定问题，使该涂料的防腐蚀性能大幅改善，提高锌粉利用率，节约金属锌资源的消耗，同时具有良好的贮存稳定性、力学性能和施工性能，另外，还提供一种所述基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆的生产方法。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆，由组分一和组分二组成，所述组分一由以下重量份的各原料组成：
改性胺固化剂3～10重量份
溶剂3～5重量份
分散剂0.1～1重量份
填料0～30重量份
锌粉20～85重量份
流变助剂1～2重量份
石墨烯0.1～1重量份
脱水剂0.5～1重量份；
所述组分二由以下重量份的各原料组成：
环氧乳液60～80重量份
消泡剂0.1～0.5重量份
润湿剂0.1～0.5重量份
水0～20重量份
闪锈抑制剂1～5重量份。
进一步的改进是：所述改性胺固化剂不含水，含有可与水共溶的有机溶剂，质量固含量为60～80％，活泼氢当量为200～400。
进一步的改进是：所述石墨烯片层直径为2～30微米，层数≤10层，氧含量小于15％。
进一步的改进是：所述分散剂为含胺基或羧基的高分子嵌段共聚物中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。
进一步的改进是：所述填料为滑石粉、硅微粉、石英粉或磷铁粉中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。
进一步的改进是：所述流变助剂为气相二氧化硅、有机膨润土、改性聚氨酯脲中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。
进一步的改进是：所述环氧乳液的固体成分的环氧值为0.2～0.3。
一种基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆的制备方法，包括组分一的制备和组分二的制备以及将组分一和组分二混合的步骤，所述组分一的制备方法包括以下步骤：
(1)按上述的各组分的重量份准备物料；
(2)按顺序将改性胺固化剂、溶剂、分散剂加入搅拌缸中，搅拌下缓慢均匀加入石墨烯，高速分散均匀。
(3)把以上物料采用研磨机进行研磨，研磨细度≤20微米，粘度≤120秒，(涂-4杯)，获得石墨烯分散体。
(4)把研磨后的石墨烯分散体加入到搅拌缸中，开启低速搅拌，控制在300～500r/min，分批加入其它涂料搅拌均匀，加完后搅拌30分钟；
(5)对产品进行检测，检测合格后过滤、包装；过滤筛网目数为120～150目；
所述组分二的制备方法为：
(1)按上述的各组分重量份准备物料；
(2)按顺序将环氧乳液、水、消泡剂、润湿剂、闪锈抑制剂加入搅拌缸中，搅拌均匀。
进一步的改进是：所述组分一和组分二混合后制备成涂膜，涂膜表面电阻为106～1012Ω。
通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的水性石墨烯环氧锌粉底漆是一种金属锌含量从30％～80％的系列水性环氧防腐蚀涂料，与传统水性环氧富锌底漆相比较，在相同金属锌含量时可大幅提高涂层的防腐蚀性能，其金属锌含量为60％时耐盐雾性能(划痕盐雾实验参照HG/T3668-2009标准)大于1500小时，为传统60％金属锌含量水性环氧富锌底漆耐盐雾性能的2倍以上；其金属锌含量40％时即可达到60％金属锌含量传统水性环氧富锌底漆的耐盐雾性能。本发明能提高水性环氧富锌涂料的防腐蚀性能，也可降低涂料中锌粉的用量，能有效节约金属锌资源的消耗和浪费。本发明实现了石墨烯在水性环氧锌粉涂料中的应用。通过选择适合片径、氧含量的石墨烯粉体以及分散剂的选择复配和分散工艺，解决了石墨烯的分散和在水性环氧涂料中的稳定问题，使石墨烯在该产品中能充分可靠地发挥作用，产品在6个月的贮存期内性能保持稳定。
具体实施方式
以下将结合具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
若未特别指明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。所用试剂的来源、商品名以及有必要列出其组成成分者，均在首次出现时标明。
实施例一
一种基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆，由组分一和组分二组成，所述组分一由以下重量份的各原料组成：
改性胺固化剂3重量份
溶剂3重量份
含胺基的高分子嵌段共聚物0.1重量份
滑石粉5重量份
锌粉20重量份
气相二氧化硅1重量份
石墨烯0.1重量份
脱水剂0.5重量份；
所述组分二由以下重量份的各原料组成：
环氧乳液60重量份
消泡剂0.1重量份
润湿剂0.1重量份
水5重量份
闪锈抑制剂1重量份。
其中，所述改性胺固化剂不含水，含有丙二醇单甲醚，质量固含量为60％，活泼氢当量为200；所述石墨烯片层直径为2微米，层数＝8层，氧含量为10％；所述环氧乳液的固体成分的环氧值为0.2～0.3。
其制备方法，包括组分一的制备和组分二的制备以及将组分一和组分二混合的步骤，所述组分一的制备方法包括以下步骤：
(1)按上述所述的各组分的重量份准备物料；
(2)按顺序将改性胺固化剂、溶剂、分散剂加入搅拌缸中，搅拌下缓慢均匀加入石墨烯，高速分散均匀。
(3)把以上物料采用研磨机进行研磨，研磨细度＝20微米，粘度＝120秒(涂-4杯)，获得石墨烯分散体。
(4)把研磨后的石墨烯分散体加入到搅拌缸中，开启低速搅拌，控制在300r/min，分批加入其它涂料搅拌均匀，加完后搅拌30分钟；
(5)对产品进行检测，检测合格后过滤、包装；过滤筛网目数为120目；
所述组分二的制备方法为：
(1)按权利要求1所述的各组分重量份准备物料；
(2)按顺序将环氧乳液、水、消泡剂、润湿剂、闪锈抑制剂加入搅拌缸中，搅拌均匀；
所述组分一和组分二混合后制备成涂膜，涂膜表面电阻为106Ω。
实施例二
一种基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆，由组分一和组分二组成，所述组分一由以下重量份的各原料组成：
改性胺固化剂6重量份
溶剂4重量份
含羧基高分子嵌段共聚物分散剂0.6重量份
硅微粉15重量份
锌粉50重量份
有机膨润土1.5重量份
石墨烯0.5重量份
脱水剂0.7重量份；
所述组分二由以下重量份的各原料组成：
环氧乳液70重量份
消泡剂0.3重量份
润湿剂0.35重量份
水10重量份
闪锈抑制剂3重量份。
所述改性胺固化剂不含水，含有无水乙醇，质量固含量为70％，活泼氢当量为300；所述石墨烯片层直径为17微米，层数＝5层，氧含量8％；所述环氧乳液的固体成分的环氧值为0.25。
其制备方法，包括组分一的制备和组分二的制备以及将组分一和组分二混合的步骤，所述组分一的制备方法包括以下步骤：
(1)按上述的各组分的重量份准备物料；
(2)按顺序将改性胺固化剂、溶剂、分散剂加入搅拌缸中，搅拌下缓慢均匀加入石墨烯，高速分散均匀。
(3)把以上物料采用研磨机进行研磨，研磨细度≤20微米，粘度≤120秒(涂-4杯)，获得石墨烯分散体。
(4)把研磨后的石墨烯分散体加入到搅拌缸中，开启低速搅拌，控制在400r/min，分批加入其它涂料搅拌均匀，加完后搅拌30分钟；
(5)对产品进行检测，检测合格后过滤、包装；过滤筛网目数为130目；
所述组分二的制备方法为：
(1)按上述的各组分重量份准备物料；
(2)按顺序将环氧乳液、水、消泡剂、润湿剂、闪锈抑制剂加入搅拌缸中，搅拌均匀；
所述组分一和组分二混合后制备成涂膜，涂膜表面电阻为109Ω。
实施例三
一种基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆，由组分一和组分二组成，所述组分一由以下重量份的各原料组成：
改性胺固化剂10重量份
溶剂5重量份
含羧基的高分子嵌段共聚物1重量份
磷铁粉30重量份
锌粉85重量份
改性聚氨酯脲2重量份
石墨烯1重量份
脱水剂1重量份；
所述组分二由以下重量份的各原料组成：
环氧乳液80重量份
消泡剂0.5重量份
润湿剂0.5重量份
水20重量份
闪锈抑制剂5重量份。
所述改性胺固化剂不含水，含有无水乙醇，质量固含量为80％，活泼氢当量为400；所述石墨烯片层直径为30微米，层数＝10层，氧含量为14％；所述环氧乳液的固体成分的环氧值为0.3。
其制备方法，包括组分一的制备和组分二的制备以及将组分一和组分二混合的步骤，所述组分一的制备方法包括以下步骤：
(1)按上述的各组分的重量份准备物料；
(2)按顺序将改性胺固化剂、溶剂、分散剂加入搅拌缸中，搅拌下缓慢均匀加入石墨烯，高速分散均匀。
(3)把以上物料采用研磨机进行研磨，研磨细度≤20微米，粘度≤120秒(涂-4杯)，获得石墨烯分散体。
(4)把研磨后的石墨烯分散体加入到搅拌缸中，开启低速搅拌，控制在300～500r/min，分批加入其它涂料搅拌均匀，加完后搅拌30分钟；
(5)对产品进行检测，检测合格后过滤、包装；过滤筛网目数为120～150目；
所述组分二的制备方法为：
(1)按上述的各组分重量份准备物料；
(2)按顺序将环氧乳液、水、消泡剂、润湿剂、闪锈抑制剂加入搅拌缸中，搅拌均匀；
所述组分一和组分二混合后制备成涂膜，涂膜表面电阻为1012Ω。
其中，本发明中，所述组分的各原料含量在以下参数范围内均可实现本发明的目的：改性胺固化剂3～10重量份、溶剂3～5重量份、分散剂0.1～1重量份、填料0～30重量份、锌粉20～85重量份、流变助剂1～2重量份、石墨烯0.1～1重量份、脱水剂0.5～1重量份；所述组分二的各原料含量在以下参数范围内均可实现本发明的目的：环氧乳液60～80重量份、消泡剂0.1～0.5重量份、润湿剂0.1～0.5重量份、水0～20重量份、闪锈抑制剂1～5重量份。
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (9)

1.一种基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆，其特征在于，由组分一和组分二组成，所述组分一由以下重量份的各原料组成：
改性胺固化剂 3～10重量份
溶剂 3～5重量份
分散剂 0.1～1重量份
填料 0～30重量份
锌粉 20～85重量份
流变助剂 1～2重量份
石墨烯 0.1～1重量份
脱水剂 0.5～1重量份；
所述组分二由以下重量份的各原料组成：
环氧乳液 60～80重量份
消泡剂 0.1～0.5重量份
润湿剂 0.1～0.5重量份
水 0～20重量份
闪锈抑制剂 1～5重量份。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆，其特征在于：所述改性胺固化剂不含水，含有可与水共溶的有机溶剂，质量固含量为60～80％，活泼氢当量为200～400。
3.根据权利要求1或2所述的基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆，其特征在于：所述石墨烯片层直径为2～30微米，层数≤10层，氧含量小于15％。
4.根据权利要求3所述的基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆，其特征在于：所述分散剂为含胺基或羧基的高分子嵌段共聚物中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。
5.根据权利要求4所述的基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆，其特征在于：所述填料为滑石粉、硅微粉、石英粉或磷铁粉中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。
6.根据权利要求5所述的基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆，其特征在于：所述流变助剂为气相二氧化硅、有机膨润土、改性聚氨酯脲中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。
7.根据权利要求6所述的基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆，其特征在于：所述环氧乳液的固体成分的环氧值为0.2～0.3。
8.一种基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆的制备方法，其特征在于，包括组分一的制备和组分二的制备以及将组分一和组分二混合的步骤，所述组分一的制备方法包括以下步骤：
(1)按权利要求1所述的各组分的重量份准备物料；
(2)按顺序将改性胺固化剂、溶剂、分散剂加入搅拌缸中，搅拌下缓慢均匀加入石墨烯，高速分散均匀。
(3)把以上物料采用研磨机进行研磨，研磨细度≤20微米，粘度≤120秒，涂-4杯，获得石墨烯分散体。
(4)把研磨后的石墨烯分散体加入到搅拌缸中，开启低速搅拌，控制在300～500r/min，分批加入其它涂料搅拌均匀，加完后搅拌30分钟；
(5)对产品进行检测，检测合格后过滤、包装；过滤筛网目数为120～150目；
所述组分二的制备方法为：
(1)按权利要求1所述的各组分重量份准备物料；
(2)按顺序将环氧乳液、水、消泡剂、润湿剂、闪锈抑制剂加入搅拌缸中，搅拌均匀。
9.根据权利要求8所述的基于石墨烯增强的水性环氧锌粉底漆的制备方法，其特征在于：所述组分一和组分二混合后制备成涂膜，涂膜表面电阻为106～1012Ω。
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