CN108129948A - 应用于集装箱领域的含碳纳米管水性石墨烯环氧富锌底漆 - Google Patents

应用于集装箱领域的含碳纳米管水性石墨烯环氧富锌底漆 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种应用于集装箱领域的含碳纳米管水性石墨烯环氧富锌底漆，包括组分A和组分B，所述组分A包括水性环氧固化剂、水性铝银浆、功能性石墨烯浆、水性磷酸锌、分散剂、消泡剂、水性有机膨润土、气相二氧化硅、锌粉、碳纳米管浆、助溶剂；组份B为水性环氧树脂乳液；其制备方法包括将水性环氧固化剂等加入生产缸中，搅拌；边搅拌边加入水性磷酸锌等；砂磨机将研磨；边搅拌边慢慢加入功能性石墨烯浆等，分散；干板实现，调整粘度，干板放置检测常规性能。本发明的此款产品具有非常优异的防腐性能，耐盐雾测试最高可达到6000小时，具有非常优异的耐酸碱性能，施工性能优异，一次性涂装达到150微米不流挂。

Description

应用于集装箱领域的含碳纳米管水性石墨烯环氧富锌底漆
技术领域
本发明涉及制漆领域，特别是指一种应用于集装箱领域的含碳纳米管水性石墨烯环氧富锌底漆。
背景技术
集装箱是国际物流运输的专用工具，其使用环境复杂多变，不仅要经受温差变化、风吹雨淋、紫外线辐射、大气腐蚀和海水冲击等自然条件的考验，还要经受运输和装卸作业中的摩擦和冲撞等，导致其钢结构腐蚀不可避免。
从集装箱的构造来看，构成箱体的梁、柱和板元一般由薄壁异材构成，厚度在1.6-2.0mm之间，因此，为防止集装箱构件腐蚀，集装箱涂料的防腐性能显得尤为重要。集装箱涂料是制造集装箱的重要原材料之一。到目前为止，集装箱涂料已基本进入水性化，除了特箱没有做要求以外，其余的所有标箱均已全部更换为水性涂料。
集装箱水性涂料目前市场上体系如下：箱外用漆：水性环氧富锌底漆+水性环氧云铁中间漆+水性丙烯酸面漆；箱内用漆：水性环氧富锌底漆+水性环氧面漆。此两套体系为市场上最为成熟的体系。但目前市场上所使用的水性体系漆仍然存在各种各样的异常问题，防护能力较油性体系差，尤其水性环氧富锌底漆的耐盐雾性能比油性环氧富锌底漆要差很多，导致很多涂料厂出现返锈、生锈的现象，集装箱原则上要求5年必须强制报废，但采用水性防腐体系，很难这到5年的使用寿命。
发明内容
本发明提出一种应用于集装箱领域的含碳纳米管水性石墨烯环氧富锌底漆，能够具有非常优异的防腐性能，耐盐雾测试最高可达到6000小时，具有非常优异的耐酸碱性能，施工性能优异，一次性涂装达到150微米不流挂。
本发明的技术方案是这样实现的：一种应用于集装箱领域的含碳纳米管水性石墨烯环氧富锌底漆，包括组分A和组分B，所述组分A包括按照质量分数计的如下组分：水性环氧固化剂6-12％、水性铝银浆0.5-1％、功能性石墨烯浆1-3％、水性磷酸锌2-4％、分散剂0.3-0.8％、消泡剂0.3-0.6％、水性有机膨润土 0.3-0.5％、气相二氧化硅0.5-0.8％、锌粉68-80％、碳纳米管浆1-3％、助溶剂 6.2-7.3％；
组份B：水性环氧树脂乳液100％；
其制备方法包括以下步骤：
步骤a.将水性环氧固化剂、分散剂、消泡剂、助溶剂加入生产缸中，搅拌；
步骤b.边搅拌边加入水性磷酸锌、水性有机膨润土、气相二氧化硅，搅拌；
步骤c.采用砂磨机将细度研磨至30微米；
步骤d.边搅拌边慢慢加入功能性石墨烯浆、碳纳米管浆，搅拌；
步骤e.采用助溶剂将水性铝银浆充分润湿后加入到生产缸中，搅拌；
步骤f.边搅拌边加入锌粉，分散；
步骤g.干板实现：按照组份A：组份B＝100：32-48进行配比，采用去离子蒸馏水进行喷涂粘度的调整，调整粘度，喷涂2层，干板放置检测常规性能。
作为优选，所述步骤a的具体步骤为将水性环氧固化剂、分散剂、消泡剂、助溶剂加入生产缸中，采用400-600转/分搅拌5分钟。
作为优选，所述步骤b的具体步骤为边搅拌边加入水性磷酸锌、水性有机膨润土、气相二氧化硅，采用400-600转/分搅拌5分钟。
作为优选，所述步骤d的具体步骤为采用400-600转/分边搅拌边慢慢加入功能性石墨烯浆、碳纳米管浆，采用600-800转/分搅拌15-20分钟。
作为优选，所述步骤e的具体步骤为采用助溶剂将水性铝银浆充分润湿后加入到生产缸中，采用600-800转/分搅拌5分钟。
作为优选，所述步骤f的具体步骤为采用600-800转/分边搅拌边加入锌粉，采用800-1000转/分分散15-20分钟。
作为优选，所述步骤g干板实现的具体步骤为：按照组份A：组份B＝100： 32-48进行配比，采用去离子蒸馏水进行喷涂粘度的调整，采用T-4杯将喷涂粘度调整为25-30S，喷涂2层，干板放置25℃恒温箱中自干48小时检测常规性能。
与现有技术相比，本发明的优点在于：此款产品具有非常优异的防腐性能，耐盐雾测试最高可达到6000小时，具有非常优异的耐酸碱性能，施工性能优异，一次性涂装达到150微米不流挂。
为了提升水性环氧富锌底漆的使用寿命，本发明着重提供了一款含水性碳纳米管材料的水性石墨烯环氧富锌重防腐涂料，充分利用了石墨烯与碳纳米管的优点，将整个富锌层结合成一个致密的网状结构，使其将集装箱整体包覆起来，从而起到非常好的防护能力。
石墨烯是一种新型二维层状结构的碳材料，具有高长径比及优异的疏水、导电、导热和化学稳定性能，使其在防腐涂料中具有广泛的应用前景。涂覆有机涂层具有施工简单、价格低廉、应用范围广和防护性能好等其它防护措施无法比拟的优点，是一种减缓金属腐蚀有效、经济的手段。
碳纳米管又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，碳纳米管中碳原子以sp杂化为主，同时六角型网格结构存在一定程度的弯曲，形成空间拓扑结构，其中可形成一定的sp杂化键，形成的化学键同时具有sp和sp混合杂化状态，而这些p轨道彼此交叠在碳纳米管石墨烯片层外形成高度离域化的大∏键，碳纳米管外表面的大∏键是碳纳米管与一些具有共轭性能的大分子以非共价键复合的化学基础。在涂层中加入碳纳米管赋予的强度改善了涂层耐久性和耐磨性，促进了涂层和基材间更紧密的结合，延长了涂层的使用寿命，增强了拉伸强度和弹性，加上碳纳米管具有优异的导热性能，使得涂层能够适应基材的热收缩和膨胀。碳纳米管的高效导电性可以大幅度提高涂层的防腐性。
具体实施方式
下面将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作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。
原料如下：
水性环氧树脂乳液(6520 美国瀚森)
水性铝银浆(XH330 深圳新航旺)
水性磷酸锌(ZIP-M 重庆麦图)
石墨烯(功能石墨烯浆10％ 苏州高通科技)
碳纳粉管浆(TNIM8 13.8％浆料 成都有机所)
分散剂(6208 allnex)
消泡剂(6393 allnex)
气相二氧化硅(A200、R972、R812S、R202等疏水型 海逸化学)
水性有机膨润土(LT、SD-2、DE等 海铭斯)
助溶剂(乙二醇单丁醚、二丙二醇醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚醋酸酯、乙醇、正丁醇、异丙醇等醇醚类溶剂 中石化)
水性环氧固化剂(8538 美国瀚森)
防闪锈剂(FA-179 惠正行)
缔合物增稠剂(8W 陶氏)
表1：实施例1～实施例5的配方配比
制备方法是：
1、将水性环氧固化剂、分散剂、消泡剂、助溶剂加入生产缸中，采用400-600 转/分搅拌5分钟；
2、边搅拌边加入水性磷酸锌、水性有机膨润土、气相二氧化硅，采用400-600 转/分搅拌5分钟；
3、采用砂磨机将细度研磨至30微米；
4、采用400-600转/分边搅拌边慢慢加入功能性石墨烯浆、碳纳米管浆，采用600-800转/分搅拌15-20分钟；
5、采用助溶剂将水性铝银浆充分润湿后加入到生产缸中，采用600-800转/ 分搅拌5分钟；
6、采用600-800转/分边搅拌边加入锌粉，采用800-1000转/分分散15-20 分钟；
性能测试
试验方法是：将A\B组份混合后，搅拌均匀，采用去离子蒸馏水进行稀释至喷涂粘度(25-30S，T-4杯)，标准马口铁片进行磷化或打磨处理，马口铁片上厚度控制在15-25μm，待48小时完全实干后做综合性能测试，集装箱底漆耐盐雾干板厚度控制在30-35μm，应用于铁路支座底漆耐盐雾干板厚度控制在 80-100μm，待7天完全实干后检测耐盐雾性能。
干燥时间依照GB/T1728、附着力依照GB/T1720、冲击性依照GB/T1732、韧性依照GB/T6742、硬度依照GB/T6739、耐水性依据GB/T1733、固体含量测试依据GB/T1725、耐化学性能依照GB/T9274、耐中性盐雾性依据GB/T1771，综合性能与专利CN 102863874A、CN101104771A进行对比。
表2：实施例1-5与CN 102093805A性能对比测试结果
通过以上举例试验对比分析，采用石墨烯结合水性磷酸锌制作的环氧富锌底漆耐盐雾可达到1500h以上，当添加水性铝银浆后，耐盐雾性能提升至1800h，当采用碳纳米管与石墨烯结合，形成致密的保护膜，锌粉结合铝银浆共同达到牺牲阳极的功效，使得单层富锌底漆干膜厚度在30-40微米时，耐盐雾可达到 3500h，当单层富锌底漆干膜厚度在80-100微米时，耐盐雾可达到6000h以上！对底材防护能力非常好！大大提升了水性环氧富锌底漆对集装箱的保护能力。同时该产品可应用于铁路支座、公路支座、铁路桥梁、公路桥梁、机车、工程机械、矿山机械、石油机械、石油石化管道、化工设备、钢结构厂房等领域。
为了提升水性环氧富锌底漆的使用寿命，本发明着重提供了一款含水性碳纳米管材料的水性石墨烯环氧富锌重防腐涂料，充分利用了石墨烯与碳纳米管的优点，将整个富锌层结合成一个致密的网状结构，使其将集装箱整体包覆起来，从而起到非常好的防护能力。
石墨烯是一种新型二维层状结构的碳材料，具有高长径比及优异的疏水、导电、导热和化学稳定性能，使其在防腐涂料中具有广泛的应用前景。涂覆有机涂层具有施工简单、价格低廉、应用范围广和防护性能好等其它防护措施无法比拟的优点，是一种减缓金属腐蚀有效、经济的手段。
碳纳米管又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，碳纳米管中碳原子以sp杂化为主，同时六角型网格结构存在一定程度的弯曲，形成空间拓扑结构，其中可形成一定的sp杂化键，形成的化学键同时具有sp和sp混合杂化状态，而这些p轨道彼此交叠在碳纳米管石墨烯片层外形成高度离域化的大∏键，碳纳米管外表面的大∏键是碳纳米管与一些具有共轭性能的大分子以非共价键复合的化学基础。在涂层中加入碳纳米管赋予的强度改善了涂层耐久性和耐磨性，促进了涂层和基材间更紧密的结合，延长了涂层的使用寿命，增强了拉伸强度和弹性，加上碳纳米管具有优异的导热性能，使得涂层能够适应基材的热收缩和膨胀。碳纳米管的高效导电性可以大幅度提高涂层的防腐性
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种应用于集装箱领域的含碳纳米管水性石墨烯环氧富锌底漆，包括组分A和组分B，其特征在于：所述组分A包括按照质量分数计的如下组分：水性环氧固化剂6-12％、水性铝银浆0.5-1％、功能性石墨烯浆1-3％、水性磷酸锌2-4％、分散剂0.3-0.8％、消泡剂0.3-0.6％、水性有机膨润土0.3-0.5％、气相二氧化硅0.5-0.8％、锌粉68-80％、碳纳米管浆1-3％、助溶剂6.2-7.3％；
组份B：水性环氧树脂乳液100％；
其制备方法包括以下步骤：
步骤a.将水性环氧固化剂、分散剂、消泡剂、助溶剂加入生产缸中，搅拌；
步骤b.边搅拌边加入水性磷酸锌、水性有机膨润土、气相二氧化硅，搅拌；
步骤c.采用砂磨机将细度研磨至30微米；
步骤d.边搅拌边慢慢加入功能性石墨烯浆、碳纳米管浆，搅拌；
步骤e.采用助溶剂将水性铝银浆充分润湿后加入到生产缸中，搅拌；
步骤f.边搅拌边加入锌粉，分散；
步骤g.干板实现：按照组份A：组份B＝100：32-48进行配比，采用去离子蒸馏水进行喷涂粘度的调整，调整粘度，喷涂2层，干板放置检测常规性能。
2.根据权利要求1所述的应用于集装箱领域的含碳纳米管水性石墨烯环氧富锌底漆，其特征在于：所述步骤a的具体步骤为将水性环氧固化剂、分散剂、消泡剂、助溶剂加入生产缸中，采用400-600转/分搅拌5分钟。
3.根据权利要求1所述的应用于集装箱领域的含碳纳米管水性石墨烯环氧富锌底漆，其特征在于：所述步骤b的具体步骤为边搅拌边加入水性磷酸锌、水性有机膨润土、气相二氧化硅，采用400-600转/分搅拌5分钟。
4.根据权利要求1所述的应用于集装箱领域的含碳纳米管水性石墨烯环氧富锌底漆，其特征在于：所述步骤d的具体步骤为采用400-600转/分边搅拌边慢慢加入功能性石墨烯浆、碳纳米管浆，采用600-800转/分搅拌15-20分钟。
5.根据权利要求1所述的应用于集装箱领域的含碳纳米管水性石墨烯环氧富锌底漆，其特征在于：所述步骤e的具体步骤为采用助溶剂将水性铝银浆充分润湿后加入到生产缸中，采用600-800转/分搅拌5分钟。
6.根据权利要求1所述的应用于集装箱领域的含碳纳米管水性石墨烯环氧富锌底漆，其特征在于：所述步骤f的具体步骤为采用600-800转/分边搅拌边加入锌粉，采用800-1000转/分分散15-20分钟。
7.根据权利要求1所述的应用于集装箱领域的含碳纳米管水性石墨烯环氧富锌底漆，其特征在于：所述步骤g干板实现的具体步骤为：按照组份A：组份B＝100：32-48进行配比，采用去离子蒸馏水进行喷涂粘度的调整，采用T-4杯将喷涂粘度调整为25-30S，喷涂2层，干板放置25℃恒温箱中自干48小时检测常规性能。
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