CN112920649A - 一种石墨烯改性锈转化防腐涂料 - Google Patents

一种石墨烯改性锈转化防腐涂料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯改性锈转化防腐涂料，按重量计包括：30～50份的水性树脂，1.0～6.0份的锈转化剂，0.2～1.0份的石墨烯，5.0～10份的三聚磷酸铝，5.0～15份的填料，0.2～0.6份的流变助剂，0.2～0.5份的消泡剂，1.0～2.0份的成膜助剂和20～30份的水。本发明的防腐涂料能够有效转化钢铁基材上的铁锈，并在基材表面形成屏蔽涂层，延长涂层的防腐寿命，特别的，其与富锌涂层具有良好的配套性，形成的复合涂层具有良好的电化学特性，起到阴极防护作用。因此其即可单独使用，又可配合环氧富锌涂层使用，大幅度降低桥梁、电塔、石化行业、大型钢构建筑的维护过程中除锈工程难度。

Description

一种石墨烯改性锈转化防腐涂料
技术领域
本发明属于涂料技术领域，尤其涉及一种锈转化防腐涂料，更具体的是一种石墨烯改性的锈转化防腐涂料。
背景技术
钢铁材料具有易腐蚀的缺点，常用的防腐手段为涂层法，在涂覆前需要对金属表面进行除锈，且除锈等级通常至少要达到Sa2.5。传统的除锈方法有机械除锈、酸洗除锈、喷砂除锈等，具有成本高、工作强度大、造成环境污染等缺点，特别是针对既有钢构设施的后维护，很多情况下无法做到完全除锈，在这种情况下直接进行防腐涂料的涂装，达不到既有的效果，造成很大的人工和材料浪费，并带来一定的安全隐患，因此以带锈涂装成为该领域的研究热点。
目前从事锈转化涂装的很多，主要集中在对锈转化剂及所用的成膜材料方面进行研究。虽然锈转化可以实现带锈涂装，涂装后可以将基材的锈蚀转化成钝化性物质，但是由于其自身预防再次生锈的能力较差，只能用于防腐要求较低的场所，而针对一些铁塔、桥梁及大型钢构场所，还需要在其上涂装一道防腐层，然而由于锈转化涂层的存在，导致后续的防腐涂层无法达到与钢结构接触的要求，阴极防护效果受到很大影响，导致在种防腐领域的应用受到限制。
因此，开发一种能够高效实现锈转化并能够满足后续涂层的阴极防护的新型锈转化涂料、实现其在桥梁、电力铁塔、大型钢结构建筑等领域的翻新维护的重防腐要求，具有特别重要的意义，可以达到节省人力和材料的目的，提升防护效果和安全性，具有广泛的市场需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种石墨烯改性锈转化防腐涂料，具有钝化锈层的作用，且能与富锌涂层具有良好的配合作用，适用于大型钢材的锈转化过程。
为了实现以上技术目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明第一方面的技术目的是提供一种石墨烯改性锈转化防腐涂料，按重量计，包括以下组成的组分：
水性树脂30～50份
锈转化剂1.0～6.0份
石墨烯0.2～1.0份
三聚磷酸铝5.0～10份
填料5.0～15份
流变助剂0.2～0.6份
消泡剂0.2～0.5份
成膜助剂0～2.0份
水20～30份。
进一步的，上述石墨烯改性锈转化防腐涂料中，作为优选的技术方案，按重量计，所述石墨烯为0.2～0.5份。
进一步的，上述石墨烯改性锈转化防腐涂料中按重量计还包括10～20份的石墨烯分散介质，所述石墨烯分散介质为叔丁醇和/或异丁醇。
进一步的，所述的石墨烯片径为1-20μm。
进一步的，所述的水性树脂选自环氧树脂、丙烯酸树脂、氯乙烯树脂、苯丙乳液或醋丙乳液中的至少一种，优选环氧树脂、苯丙乳液或醋丙乳液中的至少一种。
进一步的，所述的锈转化剂选自无机酸、有机酸或有机络合物中的至少一种，具体的，选自磷酸、亚铁***、草酸、铬酸、酒石酸、单宁酸、没食子酸、乙酞基丙酮、用含羟基的高分子化合物与铁形成不溶性络合物中的至少一种，所述含羟基的高分子物如水杨酸甲醛树脂、环氧磷酸酷等。
进一步的，所述的锈转化剂选自单宁酸类锈转化剂、单宁酸磷酸复合锈转化剂、红树丹宁系列锈转化剂、亚铁***系列锈转化剂、植酸系列锈转化剂和螯合系列锈转化剂中的至少一种。
进一步的，所述的填料选自纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和磷铁粉中的至少一种。填料可提高锈转化涂层的硬度、耐磨性和附着力。
本领域技术人员应当理解的是，所述流变助剂、成膜助剂和消泡剂为涂料领域常用的助剂，其选择是本领域技术人员公知的技术。
本发明第二方面的技术目的是提供上述石墨烯改性锈转化防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
按照约定的组成，将水和消泡剂混合，加入三聚磷酸铝和填料，使其分散，加入部分锈转化剂和石墨烯，使其分散，加入水性树脂，使其分散，加入成膜助剂和流变助剂，使其分散，加入剩余部分的锈转化剂，使其分散，得到所述石墨烯改性锈转化防腐涂料。
进一步的，所述制备方法还包括将最后得到的分散液进行过滤的步骤。
进一步的，所述制备方法还包括向所述防腐涂料中添加固化剂进行包装的步骤。
进一步的，所述的石墨烯片径为1-20μm，优选为5-10μm，为了便于在涂料中分散使用，先采用以叔丁醇和/或异丁醇为分散剂配制水性石墨烯浆料，石墨烯含量为3wt％-6wt％。所述叔丁醇、异丁醇的存在可提高锈转化剂对铁锈层的渗透能力。
进一步的，上述制备过程中，各物料的投加顺序及各分散步骤的控制手段对于防腐涂料的性能具有重要的作用，制备过程采用搅拌使各物料分散，作为具体的实施方式之一，制备过程中的搅拌条件为：加入三聚磷酸铝和填料后进行高速分散，转速为2000-2500rpm，使其分散后，降低转速至1000-1500rpm，加入部分锈转化剂和石墨烯，使其分散后，降低转速至800-1000rpm，加入水性树脂，使其分散后，加入成膜助剂和流变助剂，使其续分散后，再次降低转速至500-600rpm，再加入剩余部分的锈转化剂，使其分散。
进一步的，每次向混合体系中加入新原料后进行分散的时间为10-30min。
进一步的，作为具体的实施方式之一，本发明的石墨烯改性锈转化防腐涂料通过以下步骤制备：按照约定的组成，将水和消泡剂混合，搅拌均匀加入三聚磷酸铝和填料，调整转速为2000-2500rpm，分散20-30min，降低转速至1000-1500rpm，再加入部分锈转化剂和石墨烯，分散20-30min，降低转速至800-1000rpm，加入水性树脂，分散10-15min，加入成膜助剂和流变助剂，降低转速至500-600rpm，加入剩余部分的锈转化剂，分散10-20min，过滤，得到所述石墨烯改性锈转化防腐涂料。
本发明第三方面的技术目的是提供上述石墨烯改性锈转化防腐涂料的应用，本发明所述防腐涂料作为生锈基材的涂料能够有效转化基材表面的铁锈，将其转化或螯合配位，使其钝化而不会继续膨胀扩展。
特别的，本发明所述石墨烯改性锈转化防腐涂料具有与富锌涂层更好的配合性能，在所述石墨烯改性锈转化防腐涂料之上涂覆富锌涂层，其中富锌涂层是采用干膜中金属锌含量≥85％的富锌类防腐涂料涂覆，两者具有良好的配套性，形成平整、具有良好附着力的复合涂层，并依靠其良好的电化学特性，对基材起到阴极防护作用。
实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
(1)本发明提供的石墨烯改性锈转化防腐涂料，其中的锈转化剂能够有效转化钢铁基材上的铁锈，将其转化或螯合配位，从而使其钝化而不会继续膨胀扩展。
(2)本发明提供的石墨烯改性锈转化防腐涂料中石墨烯的加入，既能够在钢铁基材上增加一道屏蔽涂层，阻止外界的腐蚀介质渗入钢铁基材表面，延长涂层的防腐寿命，又可使防腐涂料在重防腐中应用，其能够联通钢铁基材与其上的富锌涂层，两者具有良好的配套性，形成的复合涂层具有良好的电化学特性，起到阴极防护作用。因此本发明的防腐涂料即可单独使用，又可配合环氧富锌涂层使用，大幅度降低桥梁、电塔、石化行业、大型钢构建筑的维护过程中除锈工程难度，节省大量的材料和人工，具有良好的环保性能。
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。
在本发明的以下实施例中，对制备出的防腐涂料涂层及与富锌涂料制备了复合涂层后，对涂层的附着力、耐水性、抗冲击性、耐中性盐雾及复合涂层的配套性进行了检测，其中附着力的检测采用GB/T 5210-2006中9.4.1规定进行规定进行，耐水性的检测采用GB/T1733-1993规定进行，抗冲击性的检测采用GB/T 1732-1993规定进行，耐中性盐雾的检测采用GB/T 1771-2007中，复合涂层的配套性即附着力的检测采用HG/T 4845-2015中4.4.12配套性测试。
在实施例1-3中制备了本发明的石墨烯改性锈转化防腐涂料：
实施例1
将20份的水和0.3份的消泡剂放入调漆罐中，搅拌均匀，然后慢慢加入5份的三聚磷酸铝、1份的纳米二氧化硅、8份的磷铁粉，在2000rpm下高速分散25min后，降低转速至1200rpm，然后加入1份的单宁酸类锈转化剂(购自五峰赤诚生物科技股份有限公司)和10份的石墨烯浆料，其中石墨烯浆料是将片径为1-20μm的石墨烯分散于叔丁醇中配制的固含量为5wt％的悬浊液，继续搅拌20min后，减低转速至1000rpm，然后加入50份的苯丙乳液继续搅拌15min，然后加入2份的十二碳醇酯作为成膜助剂和0.5份的流变助剂，降低转速至600rpm，加入2份的单宁酸类锈转化剂(购自五峰赤诚生物科技股份有限公司)，继续搅拌20min，进行过滤包装，即得到了石墨烯改性锈转化防腐涂料。
实施例2
将30份的水和0.2份的消泡剂放入调漆罐中，搅拌均匀，然后慢慢加入10份的三聚磷酸铝、2份的纳米二氧化钛、5份磷铁粉，在2500rpm下高速分散30min后，降低转速至1500rpm，然后加入2份的磷酸-单宁酸复合锈转化剂(磷酸与单宁酸的比例为10：1)和8份的石墨烯浆料，其中石墨烯浆料是将片径为5-10μm的石墨烯分散于异丁醇中配制的固含量为4wt％的悬浊液，继续搅拌20min后，减低转速至1000rpm，然后加入45份的水性环氧树脂继续搅拌15min，然后加入0.4份的流变助剂，降低转速至600rpm，加入4份的磷酸-单宁酸复合锈转化剂(磷酸与单宁酸的比例为10：1)，继续搅拌10min，进行过滤包装，配合相应的环氧固化剂，即得到了石墨烯改性锈转化防腐涂料。
实施例3
将25份的水和0.5份的消泡剂放入调漆罐中，搅拌均匀，然后慢慢加入8份的三聚磷酸铝、1份的纳米二氧化硅、1份的纳米二氧化钛和12份的磷铁粉的填料，在2500rpm下高速分散30min后，降低转速至1500rpm，然后加入3份的螯合系锈转化剂(DS-800型，购自天津市德森化工材料有限公司)锈转化剂和5份的石墨烯浆料，其中石墨烯浆料是将片径为5-10μm的石墨烯分散于异丁醇中配制的固含量为4wt％的悬浊液，继续搅拌30min后，减低转速至1000rpm，然后加入40份的醋丙乳液继续搅拌15min，然后加入1.5份的十二碳醇酯作为成膜助剂和0.4份的流变助剂，降低转速至600rpm，加入3份的螯合系锈转化剂(DS-800型，购自天津市德森化工材料有限公司)，继续搅拌20min，进行过滤包装，即得到了石墨烯改性锈转化防腐涂料。
对比例1
除加入的石墨烯浆料为2.5份外，其他参数及操作条件同实施例2。
对比例2
除加入的石墨烯浆料为0.2份外，其他参数及操作条件同实施例2。
对实施例1-3和对比例1-2制备的石墨烯改性锈转化防腐涂料进行了性能测试：
将实施例1-3和对比例1-2获得的石墨烯改性锈转化防腐涂料涂覆于生锈的钢铁基材表面，得到涂层，对涂层的附着力、耐水性、抗冲击性、耐中性盐雾性能进行测试，结果见表1。
表1
Figure BDA0002919893910000071
将实施例1-3和对比例1-2获得的石墨烯改性锈转化防腐涂料涂覆于生锈的钢铁基材表面，再在其上涂覆环氧富锌涂料，所述环氧富锌涂料是干膜中金属锌含量≥85％的富锌类防腐涂料，得到复合涂层，对复合涂层的配套性(即外观和附着力)、耐水性、抗冲击和耐中性盐雾性能进行测试。结果见表2。
表2
Figure BDA0002919893910000081
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种石墨烯改性锈转化防腐涂料，其特征在于，按重量计，包括以下组成的组分：
水性树脂30～50份
锈转化剂1.0～6.0份
石墨烯0.2～1.0份
三聚磷酸铝5.0～10.0份
填料5.0～15.0份
流变助剂0.2～0.6份
消泡剂0.2～0.5份
成膜助剂1.0～2.0份
水20～30份。
2.根据权利要求1所述的石墨烯改性锈转化防腐涂料，其特征在于，所述防腐涂料中按重量计还包括10～20份的石墨烯分散介质，所述石墨烯分散介质为叔丁醇和/或异丁醇。
3.根据权利要求1所述的石墨烯改性锈转化防腐涂料，其特征在于，所述的水性树脂选自环氧树脂、丙烯酸树脂、氯乙烯树脂、苯丙乳液或醋丙乳液中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的石墨烯改性锈转化防腐涂料，其特征在于，所述的锈转化剂选自单宁酸类锈转化剂、单宁酸磷酸复合锈转化剂、红树丹宁系列锈转化剂、亚铁***系列锈转化剂、植酸系列锈转化剂和螯合系列锈转化剂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的石墨烯改性锈转化防腐涂料，其特征在于，所述的填料选自纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和磷铁粉中的至少一种。
6.权利要求1-5任意一项所述的石墨烯改性锈转化防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
按照约定的组成，将水和消泡剂混合，加入三聚磷酸铝和填料，使其分散，加入部分锈转化剂和石墨烯，使其分散，加入水性树脂，使其分散，加入成膜助剂和流变助剂，使其分散，加入剩余部分的锈转化剂，使其分散，得到所述石墨烯改性锈转化防腐涂料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，制备过程采用搅拌使各物料分散，具体的搅拌条件为：加入三聚磷酸铝和填料后进行高速分散，转速为2000-2500rpm，使其分散后，降低转速至1000-1500rpm，加入部分锈转化剂和石墨烯，使其分散后，降低转速至800-1000rpm，加入水性树脂，使其分散后，加入成膜助剂和流变助剂，使其续分散后，再次降低转速至500-600rpm，再加入剩余部分的锈转化剂，使其分散。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，具体是：按照约定的组成，将水和消泡剂混合，搅拌均匀加入三聚磷酸铝和填料，调整转速为2000-2500rpm，分散20-30min，降低转速至1000-1500rpm，再加入部分锈转化剂和石墨烯，分散20-30min，降低转速至800-1000rpm，加入水性树脂，分散10-15min，加入成膜助剂和流变助剂，降低转速至500-600rpm，加入剩余部分的锈转化剂，分散10-20min，过滤，得到所述石墨烯改性锈转化防腐涂料。
9.权利要求1所述的石墨烯改性锈转化防腐涂料在生锈的基材表面作为钝化涂料的应用。
10.权利要求1所述的石墨烯改性锈转化防腐涂料配合富锌涂层制成复合涂层作为防腐层的应用。
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