CN111057438A - 一种石墨烯基耐高温防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种一种石墨烯基耐高温防腐涂料及其制备方法，属于防腐材料技术领域，由A组分和B组分以9：1的质量比混合所得；所述A组分包括质量百分比分别为50‑70%的结合剂和30‑50%的颜填料；所述结合剂包含的组分及其所占所述结合剂的质量百分比分别为：聚甲基苯基硅氧烷改性环氧树脂60%和有机硅40%；所述颜填料包含以下组分：石墨烯、二氧化铬、二氧化钛、氧化锌、氧化铝粉、硫酸钡、碳酸镁、碳酸钙、白炭黑微粉、石英粉、石墨粉、绿碳化硅微粉、碳化硅微粉、刚玉微粉、硅微粉、有机膨润土和云母粉，其余为铜铬黑、氧化铁黑和碳纤维；所述B组分为固化剂。其具有较好的综合性能，防腐、耐高温能力强，综合性能良好。

Description

一种石墨烯基耐高温防腐涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于防腐涂料技术领域，具体地，涉及一种石墨烯基耐高温防腐涂料及其制备方法。
背景技术
管道防腐防磨一直是电厂水泥厂生产建设中的重要工作，腐蚀每年在我国国民经济中造成重大损失，涂装防护涂层是最经济方便的防腐方法，但传统防护涂层受限于自身涂料的性质和制备工艺，对基体的腐蚀防护作用往往不理想，个别性能突出的成本又很高，降低了涂层的性价比，而且相当一部分涂层因含铅锌或铬酸盐等重金属或有毒物质，存在一定的环境污染风险；其次，尤其在水泥生产中，水泥窑、除尘器、废气管道、煤末箱体、烟囱以及危废高温处理管道等设施，工作中面临复杂的高温高腐蚀环境，常规的涂层涂料耐高温性能差，难以在高温条件下，长期保持物理化学性能正常发挥，或防腐蚀性能差，造成氯、硫、磷等对管道箱体的渗透腐蚀严重，难以维持设备长期高效运行，反复更新设备造成生产成本飙升，尤其对于中小型生产企业的影响更甚。
防腐一般分为重防腐和轻防腐，重防腐涂料和轻防腐涂料一样，都具有防腐性能，可以在较为严苛的环境中保护设备不受腐蚀，但是轻防腐涂料的防腐能力明显不如重防腐涂料。重防腐涂料的干膜厚度一般在200μm或300μm以上，而轻防腐涂料的干膜厚度只有100μm或150μm左右。轻防腐涂料的耐高温程度低，一般用于玻璃钢等。随着各行各业的发展，防腐涂料的市场规模所占比例越来越大，所以对防腐涂料的性能和用途提出了更高的要求。一般地，防腐涂料主要分为三大类：有机涂料、无机涂料和有机-无机复合涂料。无机涂料的耐热性能表现良好，但形成的黏膜粘接性差、脆性大、对底材的要求比较高；有机涂料在高温下会分解，耐久性差，对环境有一些影响。无论哪种类型，均具有一定的使用局限性，现有技术中也存在众多针对特定性能作出改进的方案，但是存在适用范围较窄、高温耐受度低、固化时间长、环保要求不达标等问题。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种石墨烯基耐高温防腐涂料，其具有较好的综合性能，可耐600-800˚C的超高温，耐重防腐，低温固化和附着力等性能良好。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：
一种石墨烯基耐高温防腐涂料，由A组分和B组分以9：1的质量比混合所得；所述A组分包括质量百分比分别为50-70%的结合剂和30-50%的颜填料；所述结合剂包含的组分及其所占所述结合剂的质量百分比分别为：聚甲基苯基硅氧烷改性环氧树脂60%和有机硅40%；所述颜填料包含的组分及其所占所述颜填料总量的质量百分比分别为：石墨烯5-8%、二氧化铬1-5%、二氧化钛1-5％、氧化锌 1-5％、氧化铝粉 1-5％、硫酸钡 4-8％、碳酸镁 3-5％、碳酸钙 3-5％、白炭黑微粉3-5％、石英粉3-7％、石墨粉3-7％ 、绿碳化硅微粉3-7％、碳化硅微粉3-7％、刚玉微粉3-7％、硅微粉3-7％、有机膨润土1-3％和云母粉3-5％，其余为铜铬黑、氧化铁黑和碳纤维 ；
所述B组分为固化剂。
进一步地，所述碳纤维还可替换为六钛酸钾晶须。
作为对上述方案的进一步优化，所述固化剂为T-31、650聚酰胺、腰果酚改性胺固化剂中的一种或几种的混合物。
作为对上述方案的进一步优化，所述二氧化铬的粒径≦45um；所述二氧化钛的粒径为5-70um；所述硫酸钡的粒径为0.7um -0.1㎜ ；所述碳酸镁的粒径为 2-10um；所述碳酸钙的粒径为2-10um；所述碳纤维的直径为0.7µm、长度为6-10mm；所述石英粉的粒径为5-30um；所述石墨粉的粒径为5-30um；所述绿碳化硅微粉的粒径为800-1250目；所述碳化硅微粉的粒径为325-800目；所述刚玉微粉的粒径不低于800目；所述硅微粉的粒径为400-600目；所述有机膨润土的粒径不低于200目；所述云母粉的粒径为600-1250目。
本申请还请求保护上述涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照质量百分比分别称取原料组分，备用；
步骤二、将所述颜填料中除碳纤维以外的其他组分混合，300-800℃烘干2小时，得混合物，备用；
步骤三、将聚甲基苯基硅氧烷改性环氧树脂和有机硅加入高速搅拌分散釜中搅拌20-30分钟左右、搅拌均匀；
步骤四、加入碳纤维，搅拌分散均匀；
步骤五、加入步骤一所得混合物，搅拌分散2-4小时；
步骤六、过滤分装、检验入库。
有益效果：
1、本发明所述耐高温防腐涂料，其以一定比例的聚甲基苯基硅氧烷改性环氧树脂和有机硅为结合剂，有效改善耐高温防腐性能，有机硅含量越高，耐高温性能越好，但是含量过高，又会造成防腐性能下降，因此，两者的比例在制备耐高温防腐涂料中具有重要的作用。以颜填料中的多种无机物为无机涂料，使得具有优异的韧性，拉伸强度、断裂伸长率较高，延展性好、抗热振性能高，而且耐腐蚀性能优秀，可耐浓硫酸和浓盐酸等重腐蚀。所述无机涂料微粉均匀地分散在结合剂分子之间，通过结合剂分子之间相对平衡的内应力将无机涂料与结合剂形成的复合涂料骨材稳定地包络在环氧树脂网状体中，最后形成的防腐涂料涂装管道，常温涂装，涂装厚度在0.3-0.5mm，固化时间短，可耐600-800℃的超高温。
2、本发明中，环氧树脂是一种粘结力较强的高分子化合物，具有坚韧可延展性，与固化剂交联固化成膜，可形成网络结构，例如Ｔ－３１环氧树脂固化剂作为酚醛胺类化合物，由于它具有羟基、胺基和仲基等活性基团结构，其反应活性好，在体系中加入该固化剂，能大大提高制品的耐热性和耐腐蚀性，提高冲击性和剪切强度。固化剂中的酚羟基增强了对底材的润湿性及附着力，同时它的弱酸性为环氧树脂固化时间反应提供了良好的催化活性，能确保低温固化；长的烷基直链提供了优良的憎水性以及优良的柔韧性，并且由于其空间位阻的关系，延长了涂料混合后的使用期。又因它带有酚醛骨架结构，所以在与环氧树脂交联后，提高了环氧树脂的耐热性和耐化学腐蚀性，但是其固化后强度、导电等性能交叉，加入石墨烯可有效改善上述问题，但是石墨烯的成本较高、分散性差，在本申请无机涂料的协调作用下，分散性能有所改善，使得本申请所述防腐涂料的综合性能得到全面优化。
3、本发明中含有多种无机涂料，在填充增容的基础上优化涂料性能。防腐涂料用作涂料涂抹管道等机械设备后，工作时，因为一般防腐涂料抗热震性差，受工作温度幅度多变，容易发生起皮、剥落等现象。但是本发明所述涂料在无机物的协同作用下，能显著提高延展性、防腐性和抗热震性。碳化硅微粉具有较宽的粒径分布，使得小的微球能够填充到大的微球之间的空隙中；与不规则形状的颗粒不同，碳化硅微粉很容易在彼此之间滚动，这使得使用碳化硅微粉的体系具有较低的粘度，较好的流动性，而且，体系的可喷涂性也得到改善。添加碳化硅，有助于提高涂料的抗腐蚀性、耐磨性和耐高温性能。碳化硅微粉能够提高抗压强度，但抗拉强度没有得到改善，加入一定量的碳纤维后，可明显改善其抗拉性能。硫酸钡的化学惰性强，稳定性强，耐酸碱，硬度适中，高比重，高白度，能吸收有害射线，是一种具有环保功能的涂料。轻质碳酸钙是一种无毒、无味、无刺激性的白色粉末，呈中性，作为体质颜料，具有填充作用，细腻，具有一定的干遮盖力。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种石墨烯基耐高温防腐涂料，由A组分和B组分以9：1的质量比混合所得；所述A组分包括质量百分比分别为50%的结合剂和50%的颜填料；所述结合剂包含的组分及其所占所述结合剂的质量百分比分别为：聚甲基苯基硅氧烷改性环氧树脂60%和有机硅40%；所述颜填料包含的组分及其所占所述颜填料总量的质量百分比分别为：石墨烯8%、二氧化铬1%、二氧化钛3％、氧化锌 5％、氧化铝粉 3％、硫酸钡 8％、碳酸镁 4％、碳酸钙 5％、白炭黑微粉3％、石英粉5％、石墨粉7％ 、绿碳化硅微粉5％、碳化硅微粉3％、刚玉微粉5％、硅微粉7％、有机膨润土2％和云母粉3％，以及适量的铜铬黑、氧化铁黑和碳纤维 ；
所述B组分为T-31固化剂。
所述二氧化铬的粒径≦45um；所述二氧化钛的粒径为5-70um；所述硫酸钡的粒径为0.7um -0.1㎜ ；所述碳酸镁的粒径为 2-10um；所述碳酸钙的粒径为2-10um；所述碳纤维的直径为0.7µm、长度为6-10mm；所述石英粉的粒径为5-30um；所述石墨粉的粒径为5-30um；所述绿碳化硅微粉的粒径为800-1250目；所述碳化硅微粉的粒径为325-800目；所述刚玉微粉的粒径不低于800目；所述硅微粉的粒径为400-600目；所述有机膨润土的粒径不低于200目；所述云母粉的粒径为600-1250目。
本申请还请求保护上述涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照上述质量百分比分别称取原料组分，备用；
步骤二、将所述颜填料中除碳纤维以外的其他组分混合，300-800℃烘干2小时，得混合物，备用；
步骤三、将聚甲基苯基硅氧烷改性环氧树脂和有机硅加入高速搅拌分散釜中600-600rpm搅拌20-30分钟左右、搅拌均匀；
步骤四、加入碳纤维，600-800rpm搅拌分散均匀；
步骤五、加入步骤一所得混合物，600-800rpm搅拌分散2-4小时；
步骤六、过滤分装、检验入库。
实施例2
一种石墨烯基耐高温防腐涂料，由A组分和B组分以9：1的质量比混合所得；所述A组分包括质量百分比分别为60%的结合剂和40%的颜填料；所述结合剂包含的组分及其所占所述结合剂的质量百分比分别为：聚甲基苯基硅氧烷改性环氧树脂60%和有机硅40%；所述颜填料包含的组分及其所占所述颜填料总量的质量百分比分别为：石墨烯7%、二氧化铬5%、二氧化钛1％、氧化锌 3％、氧化铝粉 5％、硫酸钡 8％、碳酸镁 5％、碳酸钙 5％、白炭黑微粉4％、石英粉3％、石墨粉3％ 、绿碳化硅微粉3％、碳化硅微粉7％、刚玉微粉7％、硅微粉3％、有机膨润土1％和云母粉4％，以及适量的铜铬黑、氧化铁黑和六钛酸钾晶须；
所述B组分为固化剂；所述固化剂为质量比为1:1:1的T-31、650聚酰胺和腰果酚改性胺固化剂的混合物。
所述二氧化铬的粒径≦45um；所述二氧化钛的粒径为5-70um；所述硫酸钡的粒径为0.7um -0.1㎜ ；所述碳酸镁的粒径为 2-10um；所述碳酸钙的粒径为2-10um；所述碳纤维的直径为0.7µm、长度为6-10mm；所述石英粉的粒径为5-30um；所述石墨粉的粒径为5-30um；所述绿碳化硅微粉的粒径为800-1250目；所述碳化硅微粉的粒径为325-800目；所述刚玉微粉的粒径不低于800目；所述硅微粉的粒径为400-600目；所述有机膨润土的粒径不低于200目；所述云母粉的粒径为600-1250目。
制备方法同实施例1。
实施例3
一种石墨烯基耐高温防腐涂料，由A组分和B组分以9：1的质量比混合所得；所述A组分包括质量百分比分别为70%的结合剂和30%的颜填料；所述结合剂包含的组分及其所占所述结合剂的质量百分比分别为：聚甲基苯基硅氧烷改性环氧树脂60%和有机硅40%；所述颜填料包含的组分及其所占所述颜填料总量的质量百分比分别为：石墨烯5%、二氧化铬5%、二氧化钛5％、氧化锌 1％、氧化铝粉 5％、硫酸钡 8％、碳酸镁 3％、碳酸钙 3％、白炭黑微粉5％、石英粉7％、石墨粉5％ 、绿碳化硅微粉7％、碳化硅微粉5％、刚玉微粉3％、硅微粉5％、有机膨润土3％和云母粉5％，以及适量的铜铬黑、氧化铁黑和碳纤维 ；
所述B组分为固化剂；所述固化剂为质量比为1:1:1的T-31、650聚酰胺和腰果酚改性胺固化剂的混合物。
所述二氧化铬的粒径≦45um；所述二氧化钛的粒径为5-70um；所述硫酸钡的粒径为0.7um -0.1㎜ ；所述碳酸镁的粒径为 2-10um；所述碳酸钙的粒径为2-10um；所述碳纤维的直径为0.7µm、长度为6-10mm；所述石英粉的粒径为5-30um；所述石墨粉的粒径为5-30um；所述绿碳化硅微粉的粒径为800-1250目；所述碳化硅微粉的粒径为325-800目；所述刚玉微粉的粒径不低于800目；所述硅微粉的粒径为400-600目；所述有机膨润土的粒径不低于200目；所述云母粉的粒径为600-1250目。
制备方法同实施例1。
使用时采用人工涂抹或喷涂的形式涂抹在物体或设备表面，涂刷完毕后需在室温条件下放置24h，涂抹厚度为0.3-0.5mm，一般水泥生产中，收尘器箱体需耐200℃左右的温度，涂抹厚度为0.3mm即可；水泥窑内壁需耐受至少600℃的温度，涂抹厚度为0.4mm；水泥厂废气管道的工作温度在340℃左右，涂抹厚度0.4mm；煤末箱体温度在100-110℃，涂抹厚度0.3mm；烟囱温度在80-160℃，涂膜厚度为0.4mm；水泥厂危废高温处理管道温度变化幅度较大，为60-600℃，涂抹厚度为0.5mm。
固化后的涂层，界面结合强度高，可长时间耐600-800℃高温，且在幅度变化较大的温度范围内，抗热震性能良好，长期使用仍然具有较好的耐高温防腐性能。
试验例
以实施例1～3制得的耐高温耐重防腐涂料以及市售的重防腐涂料为检测对象，进行涂膜外观、附着力等项目检测。
主要技术指标和检验结果如表1所示。由表1的性能指标及检验结果可以看出，本发明产品在具备优异的快速固化性能，其压缩、拉伸和弯曲极限性能均优于市售产品，同时具有耐高温腐蚀和耐化学品腐蚀等防腐性能。
依照GB/T1729-79测定涂膜外观；
依照GB/T1720-79测定附着力（1级）；
依照GB/T 6742测定涂膜的柔韧性；
依照GB/T1763-79测定涂膜耐化学试剂性；
依照ASTMB117测定耐盐雾。
表1 实施例１～３制得的耐高温防腐涂料主要性能检验结果：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
需要说明的是，以上所述的实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种石墨烯基耐高温防腐涂料，其特征在于：由A组分和B组分以9：1的质量比混合所得；所述A组分包括质量百分比分别为50-70%的结合剂和30-50%的颜填料；所述结合剂包含的组分及其所占所述结合剂的质量百分比分别为：聚甲基苯基硅氧烷改性环氧树脂60%和有机硅40%；所述颜填料包含的组分及其所占所述颜填料总量的质量百分比分别为：石墨烯5-8%、二氧化铬1-5%、二氧化钛1-5％、氧化锌 1-5％、氧化铝粉 1-5％、硫酸钡 4-8％、碳酸镁 3-5％、碳酸钙 3-5％、白炭黑微粉3-5％、石英粉3-7％、石墨粉3-7％ 、绿碳化硅微粉3-7％、碳化硅微粉3-7％、刚玉微粉3-7％、硅微粉3-7％、有机膨润土1-3％和云母粉3-5％，其余为铜铬黑、氧化铁黑和碳纤维 ；
所述B组分为固化剂。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯基耐高温防腐涂料，其特征在于：所述碳纤维还可替换为六钛酸钾晶须。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯基耐高温防腐涂料，其特征在于：所述固化剂为T-31、650聚酰胺、腰果酚改性胺固化剂中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯基耐高温防腐涂料，其特征在于：所述二氧化铬的粒径≦45um；所述二氧化钛的粒径为5-70um；所述硫酸钡的粒径为0.7um -0.1㎜ ；所述碳酸镁的粒径为 2-10um；所述碳酸钙的粒径为2-10um；所述碳纤维的直径为0.7µm、长度为6-10mm；所述石英粉的粒径为5-30um；所述石墨粉的粒径为5-30um；所述绿碳化硅微粉的粒径为800-1250目；所述碳化硅微粉的粒径为325-800目；所述刚玉微粉的粒径不低于800目；所述硅微粉的粒径为400-600目；所述有机膨润土的粒径不低于200目；所述云母粉的粒径为600-1250目。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯基耐高温防腐涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、按照质量百分比分别称取原料组分，备用；
步骤二、将所述颜填料中除碳纤维以外的其他组分混合，300-800℃烘干2小时，得混合物，备用；
步骤三、将聚甲基苯基硅氧烷改性环氧树脂和有机硅加入高速搅拌分散釜中搅拌20-30分钟左右、搅拌均匀；
步骤四、加入碳纤维，搅拌分散均匀；
步骤五、加入步骤一所得混合物，搅拌分散2-4小时；
步骤六、过滤分装、检验入库。
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