包含氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料及其制备方法

787 编辑：中冶有色技术网来源：浙江工业大学

2023-10-25 14:28:04

本发明涉及一种环氧富锌涂料及其制备工艺，尤其涉及一种包含氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。

背景技术：

金属腐蚀是指金属材料受周围介质的作用而损坏。腐蚀时，在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应，使金属转入氧化(离子)状态，从而显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命。目前最简单最有效的防腐蚀手段之一就是在金属表面涂覆一层防腐蚀涂层，使得金属表面与环境有一层屏障。目前，全球防腐涂料市场的需求正在快速增长。随着我国石油行业、铁路、公路桥梁、冶金行业、电力和能源工业、机械及纺织行业、工业产品领域、汽车、船舶及集装箱等多个行业的快速发展，涂料面临着新的要求，迫切需要防腐涂料领域技术的不断革新。

环氧富锌涂料是一种耐腐蚀性能优异的防腐涂料，已广泛应用到工业防腐的各个领域。富锌涂料的防腐蚀机理主要是锌起到阴极保护的作用，即在腐蚀环境中牺牲锌粉(阳极)而保护钢铁(阴极)。为了使富锌涂层充分有效的发挥阴极保护作用，传统的环氧富锌底漆其锌粉含量一般不低于干膜质量的80％，在贮存过程中容易产生严重的沉淀现象，不利于保存，且在一些相对苛刻的腐蚀环境里应用，防腐保护期有限。

氧化石墨烯作为一种二维层状碳纳米材料，具有独特的性能，比表面积大，在涂层中层层叠加形成致密的隔绝层，阻隔水分对涂膜的浸润与渗透。因此，氧化石墨烯在防腐涂料领域得以广泛应用，使涂料本身有良好的相容性同时显著提高了涂料对基底的防腐保护能力。但在实际应用中，氧化石墨烯的比表面积和表面张力很大，表面活性高，极易发生团聚现象，造成缺陷，这会给水分子、氧气、氯离子等腐蚀因子进入涂层渗入到基底提供了通道，加速腐蚀，因此在涂料领域的应用受到很大的限制，氧化石墨烯以及其他无机填料的添加量被控制得十分有限，制备无聚集的稳定分散的掺杂氧化石墨烯的防腐涂料仍是难题。现有的一些石墨烯基防腐涂料中的防腐填料以组分单一，只起到一定的阻隔作用，防腐性能提高不明显，限制了其使用范围，所以开发一种新型高效防腐涂料势在必行。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种包含氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

本发明的技术方案如下：

一种包含氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料，由如下重量配比的组分组成：

环氧树脂10％～20％，氧化石墨烯/黑滑石复合材料15％～25％，锌粉30％～50％，填料10％～30％，分散剂1％～5％，溶剂15％～25％；所有组分合计100％。

进一步，

所述环氧树脂为环氧树脂e51、环氧树脂e44、环氧树脂e42、环氧树脂e35中的一种或两种以上任意比例的混合物；

所述填料为云母氧化铁鳞片、云母粉、膨润土、滑石粉、重钙粉、纳米三氧化二铝中的一种或两种以上任意比例的混合物；

所述分散剂可以选自本领域已知的物质，并可通过常规途径商购获取；适用的分散剂例如：byk-190、byk-111、byk-163分散剂中的一种或两种以上任意比例的混合物。

所述溶剂为芳烃类溶剂、醇类溶剂为、酮类溶剂中的一种或两种以上任意比例的混合溶剂；优选的溶剂为二甲苯：正丁醇＝2～4：1(体积比)的混合溶剂。

本发明所述包含氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料的制备方法为：

(1)氧化石墨烯/黑滑石复合材料的制备

将氧化石墨烯加入盐酸水溶液中进行超声分散，然后加入超细黑滑石粉，搅拌(800～1200r/min)0.5～5h，超声分散1～3h，形成均一稳定的氧化石墨烯/黑滑石分散液，之后进行过滤、洗涤、烘干、研磨，制得氧化石墨烯/黑滑石复合材料；

所述氧化石墨烯/黑滑石分散液中，盐酸浓度为0.2～0.5mol/l，氧化石墨烯浓度为10～60mg/ml，超细黑滑石粉浓度为10～50mg/ml；

所述超细黑滑石粉按如下方法获得：将来源于江西省上饶市广丰区的原料黑滑石进行球磨，用球磨机600r/min湿法研磨5～10h，水洗，离心干燥，得到超细黑滑石粉(平均粒径220nm)；

所述氧化石墨烯由hummers法制备得到；

(2)防腐涂料的配制

按照配方，将氧化石墨烯/黑滑石复合材料、环氧树脂、锌粉、填料、分散剂、溶剂混合，搅拌(600～1500r/min，优选1000r/min)10～40min，然后将混合物料研磨(采用三辊研磨机进行研磨)至细度达到20～40μm，即得所述包含氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

(1)制得的含氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料可以起到电化学防腐和物理防腐双重功效。一方面，氧化石墨烯/黑滑石复合材料独特的二维片层结构可以起到防腐阻隔的作用；另一方面，锌为活泼金属，可以对金属基体起到阴极保护作用。本发明制备的防腐涂料极大提高了环氧富锌底漆的防腐性能，而且贮存稳定不易产生沉底现象，对环境无害、工艺简单且易于工业化生产。

(2)黑滑石具有良好的耐候性，储量丰富，价格低廉，节约生产成本。其中由于黑滑石材料的包含滑石层和类石墨烯层的结构特点，特别是区别于滑石的类石墨烯层，有希望替代部分石墨烯材料的添加，减少石墨烯材料添加成本。

(3)通过氧化石墨烯和黑滑石的复合可以使氧化石墨烯实现均匀分散，不易发生团聚，克服单一氧化石墨烯组分添加的弊端。

附图说明

图1为实施例1制备的包含氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步描述本发明，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1

按以下质量分数配比各组分：环氧树脂e5115％，氧化石墨烯/黑滑石复合材料15％，锌粉35％，填料(云母粉8％、膨润土5％)，分散剂(bky-111)2％，混合溶剂(二甲苯：正丁醇＝4:1)20％。

(1)氧化石墨烯/黑滑石复合材料的制备

将黑滑石(黑滑石来源于江西省上饶市广丰区)进行球磨，用球磨机600r/min湿法研磨5h，水洗，离心干燥，得到超细黑滑石粉。利用hummers法制备氧化石墨烯；将20g氧化石墨烯加入1l10wt％盐酸的水溶液中进行超声分散，然后加入30g超细黑滑石粉，大力搅拌3h，超声分散1h形成均一稳定的氧化石墨烯/黑滑石分散液；然后进行过滤、洗涤、烘干、研磨，制得氧化石墨烯/黑滑石复合材料。

(2)防腐涂料的配制

将氧化石墨烯/黑滑石复合材料、环氧树脂、锌粉、填料、分散剂、混合溶剂搅拌15min，混合均匀后，将混合物料研磨，细度达到30μm，搅拌均匀，即制得含有氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料。

实施例2

按以下质量分数配比各组分：环氧树脂e4420％，氧化石墨烯/黑滑石复合材料15％，锌粉38％，填料(重钙粉2％、云母粉5％、膨润土3％)，分散剂(bky-111)2％，混合溶剂(二甲苯：正丁醇＝2:1)15％。

(1)氧化石墨烯/黑滑石复合材料的制备

将黑滑石(黑滑石来源于江西省上饶市广丰区)进行球磨，用球磨机600r/min湿法研磨5h，水洗，离心干燥，得到超细黑滑石粉。利用hummers法制备氧化石墨烯；将30g氧化石墨烯加入1l10wt％盐酸的水溶液中进行超声分散，然后加入30g超细黑滑石粉，大力搅拌2h，超声分散2h形成均一稳定的氧化石墨烯/黑滑石分散液；然后进行过滤、洗涤、烘干、研磨，制得氧化石墨烯/黑滑石复合材料。

(2)防腐涂料的配制

将氧化石墨烯/黑滑石复合材料、环氧树脂、锌粉、填料、分散剂、混合溶剂搅拌20min，混合均匀后，将混合物料研磨，细度达到30μm，搅拌均匀，即制得含有氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料。

对比例1

仅添加氧化石墨烯材料，未加入黑滑石制备氧化石墨烯/黑滑石复合材料，其余操作同实施例1，具体步骤为：

按以下质量分数配比各组分：环氧树脂e5115％，氧化石墨烯15％，锌粉35％，填料(云母粉8％、膨润土5％)，分散剂(bky-111)2％，混合溶剂(二甲苯：正丁醇＝4:1)20％。

防腐涂料的配制：

将氧化石墨烯材料、环氧树脂、锌粉、填料、分散剂、混合溶剂搅拌15min，混合均匀后，将混合物料研磨，细度达到30μm，搅拌均匀，即制得含有氧化石墨烯材料的环氧富锌防腐涂料。

对比例2

仅添加黑滑石材料，未加入氧化石墨烯制备氧化石墨烯/黑滑石复合材料，其余操作同实施例1，具体步骤为：

按以下质量分数配比各组分：环氧树脂e5115％，黑滑石15％，锌粉35％，填料(云母粉8％、膨润土5％)，分散剂(bky-111)2％，混合溶剂(二甲苯：正丁醇＝4:1)20％。

防腐涂料的配制：

将黑滑石材料、环氧树脂、锌粉、填料、分散剂、混合溶剂搅拌15min，混合均匀后，将混合物料研磨，细度达到30μm，搅拌均匀，即制得含有黑滑石材料的环氧富锌防腐涂料。

上述各实施例以及对比例中的涂料及成膜后的性能如表1所示：

表1

实施例1、实施例2包含氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料的膜厚度、储存稳定性、耐水性及耐盐雾性明显优于对比例未添加氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料，证明性能得到提升。

技术特征：

1.一种包含氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料，其特征在于，由如下重量配比的组分组成：

环氧树脂10％～20％，氧化石墨烯/黑滑石复合材料15％～25％，锌粉30％～50％，填料10％～30％，分散剂1％～5％，溶剂15％～25％；所有组分合计100％。

2.如权利要求1所述包含氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料，其特征在于，所述环氧树脂为环氧树脂e51、环氧树脂e44、环氧树脂e42、环氧树脂e35中的一种或两种以上任意比例的混合物。

3.如权利要求1所述包含氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料，其特征在于，所述填料为云母氧化铁鳞片、云母粉、膨润土、滑石粉、重钙粉、纳米三氧化二铝中的一种或两种以上任意比例的混合物。

4.如权利要求1所述包含氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料，其特征在于，所述分散剂选自byk-190、byk-111、byk-163分散剂中的一种或两种以上任意比例的混合物。

5.如权利要求1所述包含氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料，其特征在于，所述溶剂为二甲苯：正丁醇体积比＝2～4：1的混合溶剂。

6.如权利要求1所述包含氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：

(1)氧化石墨烯/黑滑石复合材料的制备

将氧化石墨烯加入盐酸水溶液中进行超声分散，然后加入超细黑滑石粉，搅拌0.5～5h，超声分散1～3h，形成均一稳定的氧化石墨烯/黑滑石分散液，之后进行过滤、洗涤、烘干、研磨，制得氧化石墨烯/黑滑石复合材料；

(2)防腐涂料的配制

按照配方，将氧化石墨烯/黑滑石复合材料、环氧树脂、锌粉、填料、分散剂、溶剂混合，搅拌10～40min，然后将混合物料研磨至细度达到20～40μm，即得所述包含氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化石墨烯/黑滑石分散液中，盐酸浓度为0.2～0.5mol/l，氧化石墨烯浓度为10～60mg/ml，超细黑滑石粉浓度为10～50mg/ml。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述超细黑滑石粉平均粒径220nm。

技术总结

一种包含氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料，由如下重量配比的组分组成：环氧树脂10％～20％，氧化石墨烯/黑滑石复合材料15％～25％，锌粉30％～50％，填料10％～30％，分散剂1％～5％，溶剂：15％～25％；所有组分合计100％；所述涂料可以将二维片层结构的防腐阻隔作用与锌对金属基体的阴极保护作用相结合，起到电化学防腐和物理防腐双重功效，同时通过氧化石墨烯/黑滑石的复合可以克服单一氧化石墨烯组分易发生团聚的弊端，促进了石墨烯类复合材料在有机涂料体系中的分散性，本发明涂料防腐性能优异，贮存稳定不易产生沉淀现象，工艺简单易于工业化生产。

技术研发人员：张国亮;范子璇;许炉生

受保护的技术使用者：浙江工业大学

技术研发日：2021.02.08

技术公布日：2021.06.15

声明：

“包含氧化石墨烯/黑滑石复合材料的环氧富锌防腐涂料及其制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。

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