CN112126293A - 一种石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料及其制备方法，通过加入钛酸酯偶联剂和热处理方法，改善了石墨烯在水性丙烯酸树脂基体中的分散性，利用片层石墨烯的物理阻隔作用，在保持原有阻尼性能的基础上，有效提高了涂料的防腐性，得到一种兼具阻尼与防腐性能的新型功能涂料，能够在发挥阻尼作用的同时减少基材受到外界环境的影响而发生腐蚀，在建筑外墙、高铁车厢、空调外机等领域具有实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型的石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料及其制备方法。
背景技术
随着科技不断进步，振动和噪声带来的问题越来越引起社会关注。振动和噪声不仅限制机械设备性能的提高，同时也危害人们的身心健康。而水性阻尼涂料因其施工方便、环保、成本低廉成为人们首选的阻尼材料。但随着应用范围越来越广泛，不可避免的直接暴露在环境中(如用于建筑外墙、高铁车厢底部等)，而现有的普通阻尼涂料因不具有耐磨耐腐蚀等功能，会在外部环境的影响下发生腐蚀或脱落，进一步使底材受到磨损而减短设备部件的使用寿命。
石墨烯由于其比表面积大，呈薄片状结构，在加入树脂后能够填补树脂本身存在的空隙，层层叠加，可以延长腐蚀介质到达底材表面的路径，延缓腐蚀的发生，从而能够起到防腐的作用。此外，石墨烯还具有很好的韧性能弯曲以及良好的力学性能，能够对涂料的力学性能有所提高。所以将石墨烯与水性阻尼涂料相结合可以充分发挥两者的作用，在保证原有阻尼性能基础上，还能赋予涂料良好的防腐作用。但是石墨烯添加到树脂中存在分散性差、相容性不好的问题，进而会影响涂料的防腐和阻尼性能。基于此，本发明拟将石墨烯进行改性，改善其与水性丙烯酸树脂的相容性，开发一款兼具防腐和阻尼性能的新型功能化涂料，其发展应用具有很大的前景。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料，由如下重量配比的成分制成：
水性丙烯酸树脂38-40份，改性石墨烯0.02-0.08份，功能性填料38-40份，去离子水16-18份，成膜助剂1.2-1.5份，增稠剂0.8-1份，润湿剂0.6-0.8份，偶联剂0.4-0.6份，消泡剂0.4-0.6份，pH调节剂0.2-0.3份；
所述水性丙烯酸树脂(乳白色蓝光液体)固含量为43％，粘度为120-130cps，玻璃化温度为-20℃；
所述功能性填料为云母、碳酸钙、滑石粉的混合物；优选的，所述功能填料的组成为：云母14-16份，滑石粉14-16份，碳酸钙7-8份；
所述成膜助剂为伊斯曼醇酯十二；
所述增稠剂为亚跨龙纤维素增稠剂，优选亚跨龙羟乙基纤维素增稠剂HBR250；
所述润湿剂为润泰非离子表面活性剂，优选润泰PE-100或DX200；
所述偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，优选乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂NDZ-401；
所述消泡剂为丙烯酸类消泡剂，优选高效广谱液态消泡剂NXZ；
所述pH调节剂为AMP-95；
所述改性石墨烯为烯创石墨烯用钛酸酯偶联剂进行改性，具体的，所述改性石墨烯按如下方法制得(以下份数为重量份)：
将0.02-0.08份烯创石墨烯粉体与0.2-0.3份乙醇混合，搅拌8-10min，随后加入2-3份钛酸酯偶联剂NDZ-401，先超声8-10min，再于60-70℃下以300-400r/min的速率搅拌1-2h，之后离心(6000-7000r/min)，洗涤，最后在60-70℃下干燥5-6h，得到改性石墨烯。
本发明所述石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料的制备方法为：
(1)按照配方，将水性丙烯酸树脂与改性石墨烯混合，在60-70℃下搅拌7-8h，冷却至室温(20～30℃)，再依次加入润湿剂、消泡剂、pH调节剂以及成膜助剂，在200-300r/min下搅拌8-10min，得到水性乳液；
(2)将去离子水与功能性填料混合，在400-500r/min下搅拌15-20min，然后加入偶联剂，在500-800r/min下搅拌30-40min，得到水溶液；
(3)将步骤(2)所得水溶液加入到步骤(1)所得水性乳液中，在700-800r/min下搅拌20-30min，随后加入增稠剂，继续搅拌6-10min，得到所述石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
通过加入钛酸酯偶联剂和热处理方法，改善了石墨烯在水性丙烯酸树脂基体中的分散性，利用片层石墨烯的物理阻隔作用，在保持原有阻尼性能的基础上，有效提高了涂料的防腐性，得到一种兼具阻尼与防腐性能的新型功能涂料，能够在发挥阻尼作用的同时减少基材受到外界环境的影响而发生腐蚀，在建筑外墙、高铁车厢、空调外机等领域具有实际应用价值。
附图说明
图1为不同含量改性石墨烯与树脂混合的扫描电镜图。
图2为不同含量石墨烯改性涂料的Nyquist阻抗图。
图3为不同含量石墨烯改性涂料的Tafel极化曲线图。
图4为不同含量石墨烯改性涂料的阻尼性能图。
具体实施方式
下面将通过实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围不限于此。
以下实施例中部分试剂的来源为：烯创石墨烯粉体，杭州烯创科技有限公司；NDZ-401偶联剂，南京坤成化工有限公司；水性丙烯酸树脂，青岛海源实业有限公司；润泰润湿剂PE-100、消泡剂NXZ、成膜助剂醇酯十二，均来自杭州佐佑化工有限公司；pH调节剂AMP-95，广州市润宏化工有限公司；亚跨龙羟乙基纤维素增稠剂HBR250，广州市翰弈源新材料有限公司。
实施例1
称取0.02g烯创石墨烯粉体于圆底烧杯中，再称取0.2g的乙醇在磁力搅拌下搅拌10min得到共混液，随后加入2g的NDZ-401偶联剂，先超声10min再在60℃下磁力搅拌反应1h，搅拌速率为400r/min，再将混合物于高速离心机中6000r/min下离心，后用去离子水洗涤2-3次，取出干燥，即得到改性石墨烯。
称取38g的水性丙烯酸树脂加入0.02g制得的改性石墨烯在60℃下磁力搅拌反应8h，冷却至室温，再依次加入润泰润湿剂PE-100 0.6g、消泡剂NXZ 0.4g、pH调节剂AMP-950.2g以及成膜助剂醇酯十二1.5g，在300r/min下搅拌8min得到水性乳液a；
再另取18g的去离子水，然后先加入40g的功能性填料(滑石粉16g，云母16g，碳酸钙8g)在400r/min下搅拌15min，再加入0.5g钛酸酯偶联剂NDZ-401，在600r/min下搅拌35min，得到水溶液b；
将所述的水溶液b加入到水性乳液a中，放入机械搅拌釜内，在800r/min下高速搅拌30min，随后加入0.8g的亚跨龙羟乙基纤维素增稠剂HBR250，再搅拌约10min得到石墨烯改性树脂基防腐阻尼涂料。
实施例2
称取0.04g烯创石墨烯粉体于圆底烧杯中，再称取0.2g的乙醇在磁力搅拌下搅拌10min得到共混液，随后加入2g的NDZ-401偶联剂，先超声10min再在60℃下磁力搅拌反应1h，搅拌速率为400r/min，再将混合物于高速离心机中6000r/min下离心，后用去离子水洗涤2-3次，取出干燥，即得到改性石墨烯。
称取38g的水性丙烯酸树脂加入0.04g制得的改性石墨烯在60℃下磁力搅拌反应8h，冷却至室温，再依次加入润泰润湿剂PE-100 0.6g、消泡剂NXZ 0.4g、pH调节剂AMP-950.2g以及成膜助剂醇酯十二1.5g，在300r/min下搅拌8min得到水性乳液a；
再另取18g的去离子水，然后先加入40g的功能性填料(滑石粉16g，云母16g，碳酸钙8g)在400r/min下搅拌15min，再加入0.5g钛酸酯偶联剂NDZ-401，在600r/min下搅拌35min，得到水溶液b；
将所述的水溶液b加入到水性乳液a中，放入机械搅拌釜内，在800r/min下高速搅拌30min，随后加入0.8g的亚跨龙羟乙基纤维素增稠剂HBR250，再搅拌约10min得到石墨烯改性树脂基防腐阻尼涂料。
实施例3
称取0.06g烯创石墨烯粉体于圆底烧杯中，再称取0.2g的乙醇在磁力搅拌下搅拌10min得到共混液，随后加入2g的NDZ-401偶联剂，先超声10min再在60℃下磁力搅拌反应1h，搅拌速率为400r/min，再将混合物于高速离心机中6000r/min下离心，后用去离子水洗涤2-3次，取出干燥，即得到改性石墨烯。
称取38g的水性丙烯酸树脂加入0.06g制得的改性石墨烯在60℃下磁力搅拌反应8h，冷却至室温，再依次加入润泰润湿剂PE-100 0.6g、消泡剂NXZ 0.4g、pH调节剂AMP-950.2g以及成膜助剂醇酯十二1.5g，在300r/min下搅拌8min得到水性乳液a；
再另取18g的去离子水，然后先加入40g的功能性填料(滑石粉16g，云母16g，碳酸钙8g)在400r/min下搅拌15min，再加入0.5g钛酸酯偶联剂NDZ-401，在600r/min下搅拌35min，得到水溶液b；
将所述的水溶液b加入到水性乳液a中，放入机械搅拌釜内，在800r/min下高速搅拌30min，随后加入0.8g的亚跨龙羟乙基纤维素增稠剂HBR250，再搅拌约10min得到石墨烯改性树脂基防腐阻尼涂料。
实施例4
称取0.08g烯创石墨烯粉体于圆底烧杯中，再称取0.2g的乙醇在磁力搅拌下搅拌10min得到共混液，随后加入2g的NDZ-401偶联剂，先超声10min再在60℃下磁力搅拌反应1h，搅拌速率为400r/min，再将混合物于高速离心机中6000r/min下离心，后用去离子水洗涤2-3次，取出干燥，即得到改性石墨烯。
称取38g的水性丙烯酸树脂加入0.08g制得的改性石墨烯在60℃下磁力搅拌反应8h，冷却至室温，再依次加入润泰润湿剂PE-100 0.6g、消泡剂NXZ 0.4g、pH调节剂AMP-950.2g以及成膜助剂醇酯十二1.5g，在300r/min下搅拌8min得到水性乳液a；
再另取18g的去离子水，然后先加入40g的功能性填料(滑石粉16g，云母16g，碳酸钙8g)在400r/min下搅拌15min，再加入0.5g钛酸酯偶联剂NDZ-401，在600r/min下搅拌35min，得到水溶液b；
将所述的水溶液b加入到水性乳液a中，放入机械搅拌釜内，在800r/min下高速搅拌30min，随后加入0.8g的亚跨龙羟乙基纤维素增稠剂HBR250，再搅拌约10min得到石墨烯改性树脂基防腐阻尼涂料。
对比例
普通水性阻尼涂料具体制备方法如下所示：
先称取38g的水性丙烯酸树脂再依次加入润泰润湿剂PE-100 0.6g、消泡剂NXZ0.4g、pH调节剂AMP-95 0.2g以及成膜助剂醇酯十二1.5g，在300r/min下搅拌8min得到水性乳液a；
再另取18g的去离子水，然后先加入40g的功能性填料(滑石粉16g，云母16g，碳酸钙8g)在400r/min下搅拌15min，再加入0.5g钛酸酯偶联剂NDZ-401，在600r/min下搅拌35min，得到水溶液b；
将所述的水溶液b加入到水性乳液a中，放入机械搅拌釜内，在800r/min下高速搅拌30min，随后加入0.8g的亚跨龙羟乙基纤维素增稠剂HBR250，再搅拌约10min得到普通水性阻尼涂料。
通过附图2可以发现加入改性石墨烯后对涂料阻抗的影响，在加入改性石墨烯后涂料对应的阻抗值均有提高，实施例3中改性石墨烯的添加量为0.06g时，阻抗半径达到最大，防腐效果提升较明显。但当改性石墨烯的量为0.08g时，因为石墨烯片层间范德华力相互作用而发生团聚，在涂膜中形成了新的空隙，导致防腐性能的下降。
通过附图3(Tafel极化曲线)发现，随改性石墨烯量增加，自腐蚀电流Icorr变小，自腐蚀电位Ecorr变大，说明防腐效果提高。当增加至0.06g时，自腐蚀电流Icorr为1.435×10- 5A/cm2、自腐蚀电位Ecorr为-0.5430V，防腐性能最为明显。说明石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料的防腐性能得到很好提高。
通过附图4可以发现改性石墨烯加入后，阻尼涂料对应的玻璃化温度均有提高，加入量为0.06g时损耗因子由1.07提高到1.15，达到最大；增加到0.08g时，因为团聚而有所降低，但石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料阻尼性能得到较好提高。
以上所述实施例中，用以验证涂料的防腐和阻尼的两个特性，凡在本发明所涉及到的填料配比及加工方式，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 (10)
1.一种石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料，其特征在于，由如下重量配比的成分制成：
水性丙烯酸树脂38-40份，改性石墨烯0.02-0.08份，功能性填料38-40份，去离子水16-18份，成膜助剂1.2-1.5份，增稠剂0.8-1份，润湿剂0.6-0.8份，偶联剂0.4-0.6份，消泡剂0.4-0.6份，pH调节剂0.2-0.3份；
所述改性石墨烯为烯创石墨烯用钛酸酯偶联剂进行改性。
2.如权利要求1所述的石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料，其特征在于，所述水性丙烯酸树脂固含量为43％，粘度为120-130cps，玻璃化温度为-20℃。
3.如权利要求1所述的石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料，其特征在于，所述功能性填料为云母、碳酸钙、滑石粉的混合物。
4.如权利要求1所述的石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料，其特征在于，所述成膜助剂为伊斯曼醇酯十二。
5.如权利要求1所述的石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料，其特征在于，所述增稠剂为亚跨龙纤维素增稠剂。
6.如权利要求1所述的石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料，其特征在于，所述润湿剂为润泰非离子表面活性剂。
7.如权利要求1所述的石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料，其特征在于，所述偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
8.如权利要求1所述的石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料，其特征在于，所述消泡剂为丙烯酸类消泡剂。
9.如权利要求1所述的石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料，其特征在于，所述pH调节剂为AMP-95。
10.如权利要求1所述石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：
(1)按照配方，将水性丙烯酸树脂与改性石墨烯混合，在60-70℃下搅拌7-8h，冷却至室温，再依次加入润湿剂、消泡剂、pH调节剂以及成膜助剂，在200-300r/min下搅拌8-10min，得到水性乳液；
(2)将去离子水与功能性填料混合，在400-500r/min下搅拌15-20min，然后加入偶联剂，在500-800r/min下搅拌30-40min，得到水溶液；
(3)将步骤(2)所得水溶液加入到步骤(1)所得水性乳液中，在700-800r/min下搅拌20-30min，随后加入增稠剂，继续搅拌6-10min，得到所述石墨烯改性丙烯酸树脂基防腐阻尼涂料。
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