一种表面喷涂石墨烯涂料的锌钢护栏连接件的制作方法

本专利涉及建筑防护设施技术领域，具体涉及一种表面喷涂石墨烯涂料的锌钢护栏连接件。

背景技术：

现有锌钢护栏连接件表面大多采用静电喷涂技术，在其表面喷塑，如喷涂聚酯粉末层，提高其安全性和防腐性能，在一般气候环境条件下，能有效坚固护栏和提高抗腐能力，但在南海沿岸地区，如海南，受高温高湿高盐雾海洋性季风影响，锌钢护栏使用不久，特别是坚固立柱、横杆与栏杆的连接件，就腐蚀得锈迹斑斑，不仅影响美观，更潜藏安全隐患，因此，在恶劣气象环境条件下，提高锌钢护栏连接件表面防腐蚀处理技术，就显得必要和重要了；

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的、具有二维片状结构的一种碳质新材料，也是目前已发现的最轻、最薄、强度最高、导电性和导热性最好的纳米级新材料，能在诸多应用领域提升原材料的性能，被称为‘黑金’，是‘新材料之王’，科学家甚至预言，石墨烯将‘彻底改变21世纪’，预言石墨烯将带来新技术新产业革命；石墨烯兼具比表面积大、导电性好、化学稳定性强、力学性能和导热性能优异等优点，一经问世，就受到世界各国的广泛关注。现阶段我国已经初步形成石墨烯工业化生产，公布的有关石墨烯专利高达两万多件，应用范围十分广阔，其中涂料是目前石墨烯众多应用领域中的一个重要组成部分，凭借各种优越性能，石墨烯在导电涂料、防腐涂料、阻燃涂料、导热涂料和高强度涂料等方面都有着非常深远的应用前景；据有关研究，石墨烯涂料具有“小尺寸效应”，可以填充到基材的微孔和缺陷中，使涂层致密性大大提高；此外二维片状结构的石墨烯薄膜通过层层交织和叠加，产生“迷宫效应”，延长了腐蚀介质穿透基材的难度，从而产生一种物理隔绝和屏蔽作用。石墨烯涂料与现有涂料防腐性能的根本区别，在于其结构就具有内生的防腐性能，因此，能够抵御一切外在介质的所有腐蚀。本专利正是基于石墨烯涂料这种独特的优异防腐性能，结合锌钢护栏连接件提高防腐性能的需求，而开发的一种表面喷涂石墨烯涂料的锌钢护栏连接件。

技术实现要素：

护栏连接件或称护栏配件或称护栏紧固件，它是各种类型护栏不可分割的组成部分，在护栏中起着固定、支撑、装饰作用；在建筑防护设施技术领域，根据护栏的使用需要，已经开发与形成了强大的生产护栏及其连接件的产业群，供应市场名目繁多、品种规格齐全的系列护栏连接件，如附图1所示锌钢护栏所用的部分连接件结构与形状产品，从附图1可看出护栏连接件具有以下使用特点：一是通过各种类型的品种齐全的连接件将护栏立柱、横杆、栏杆、墙体、地面连接为一体，起固定、支撑、装饰作用，对其安全性，特别是整体安全性提出了更高的要求；二是几乎所有连接件都暴露在护栏的最外层，在使用过程中最易受高温、高湿、盐雾、酸雨、紫外线等因素影响而首当其冲的发生各种腐蚀，使连接件的紧固作用失效，存在潜在的安全隐患，诱发护栏散架等重大人身安全事故；同时，腐蚀也会造成连接件难以拆卸，增加维护、维修的作业成本；三是为兼顾装饰效果，连接件在满足强度要求的前提下，制作得尽可能轻薄，成为护栏中最为薄弱的易损部件；四是连接件也是护栏的紧固件，为提高组合质量，对其公差提出了严格要求，在公差允许误差范围内，才能可靠地使用。对此，2015107174564号专利开发出“一种钢紧固件石墨烯涂料及其制备方法”专利，将其涂覆于钢紧固件表面，经加热固化所形成的涂层，具有厚度薄，硬度高、耐磨损、附着力好、摩擦系数低、耐腐蚀性能优异等特点，能有效延缓钢紧固件的腐蚀，延长使用寿命，确保联结装置的可靠使用和安全运行；锌钢护栏连接件也是钢紧固件中一种，对本专利所选用的石墨烯涂料具有启示与借鉴作用。

本专利所要解决的技术问题是在“钢紧固件用石墨烯涂料配方与制作方法”专利基础上，结合锌钢护栏连接件的使用特点，改进为一种适合锌钢护栏连接件使用的石墨烯涂料，有效解决锌钢护栏连接件，在高温、高湿、高盐雾、强紫外线的气象环境条件下，长期使用的可靠性、安全性、经济性问题。

根据上述所要解决的技术问题，采取的技术方案是：一种表面喷涂石墨烯涂料的锌钢护栏连接件其特征在于所述配制配制的一种适宜锌钢护栏连接件使用的石墨烯涂料，喷涂在锌钢护栏连接件的外表面或与连接件组合的护栏外表面、或连接件的内、外表面上，涂层厚度为12µm±；对于已经与护栏组合为一体正在使用的连接件，按附图2所述转角三通连接件、转角二通连接件、三通连接件、底座连接件，采用在其外表面喷涂厚度为12µm±的石墨烯涂料，或与其组合的护栏（包括连接件、立柱与栏杆）外表面喷涂厚度为12µm±石墨烯涂料，即在现有锌钢护栏表面穿戴一层厚度为12µm±的石墨烯涂料，保护护栏不受任何腐蚀介质的破坏；对于尚未与护栏组合的新连接件，按附图3所述的转角三通连接件、三通连接件、底座连接件、墙体固定件，采用电晕静电喷涂或摩擦枪喷涂装置，直接在经清洗后的现有锌钢连接件或其基材的内、外表面喷涂厚度为12µm±的石墨烯涂料；上述在锌钢护栏连接件表面喷涂石墨烯涂的三种方式，根据用户使用连接件的特点与需要，任选其一，或组合选用；经检测，在涂层厚度只有12µm±的条件下，多项技术性能优于现有锌钢连接件表面喷塑性能，如表1所示：

表1、表面喷涂石墨烯与现有锌钢连接件表面喷塑性能比较

其中所述配制的石墨烯涂料，按质量百分比配伍，由1.18wt%石墨烯、31.18wt%成膜剂、17.65wt%颜料、35.29wt%溶剂、11.76wt%填料、2.94wt%助剂配伍组成；其中所述石墨烯选用振实密度<0.1g/cm³、比表面积180~260m²/g、粒径d50<10µm型号为se1132的黑色石墨烯粉末；所述成膜剂为三聚氰胺改性脲醛树脂，据有关试验，采用共混改性法，将三聚氰胺作为改性剂能有效提高脲醛树脂的耐水性，同时三聚氰胺用量减少，有利成本降低，其配伍是：在31.18wt%的成膜剂中，脲醛树脂为28.24wt%，三聚氰胺为2.94wt%，三聚氰胺占改性脲醛树脂份额的10%；溶剂按二甲苯与异丁醇1:1的质量比混合配制而成，35.29wt%溶剂中，二甲苯为17.645wt%，异丁醇为17.645wt%，据有关试验，该混合溶剂能够更加有效阻止石墨烯的团聚与促进锌粉的分散，在制备石墨烯的工艺流程中，将其一分为二，一半用于金属锌粉浆的制备，一半用于树脂浆料的制备；颜料选用细度小于10µm的鳞片状锌粉，按17.65wt%锌粉与17645wt%溶剂，在慢速低剪切力下搅拌混合为金属锌粉浆；所述填料由0.59wt%磷酸锌、9.41wt%钼酸锌、1.47wt%钒酸铋、0.12wt%二硫化钼、0.18wt%聚四氟乙烯微粉组成；所述助剂由2.35wt%润湿分散剂、0.235wt%基材润湿剂、0.12wt%消泡剂、0.235wt%流平剂组成，其中润湿分散剂、基材润湿剂、消泡剂在配制树脂浆料时，随同石墨烯、改性脲醛树脂、填料一同加入，流平剂在配制石墨烯涂料时，随同金属锌粉浆、树脂浆料一同加入；

本专利配制的石墨烯涂料与钢紧固件用石墨烯涂料相比，在确保涂料性能不降低的前提下，对涂料原料进行了以下调整与改进：一是在颜料中仅用锌粉，不用铝银浆，：使涂料色泽与锌钢连接件本色匹配，同时简化工艺、降低颜料成本；二是在配制树脂浆料时，三聚氰胺不是独立的原料，而是作为改性剂配制到脲醛树脂中，即改善成膜剂树脂的性能，又减少单价高的三聚氰胺用量，降低树脂成本；三是选用来源丰富的异丁醇作溶剂配方之一，即改善溶剂的分散功能，又降低溶剂的制作成本；四是随着颜料中铝银浆的停用，助剂中的铝粉定向剂也相应停用；五是涂料所用原料，不是按份额配伍，而是按质量百分比配伍，有利于配料参数的自动控制；

其中所述配制的石墨烯按附图4所示的工艺流程制备，选用不同设备将多种原料配送、金属锌粉浆与树脂浆料半成品、石墨烯涂料产成品的制备组合为一体，除常规通用设备外，根据锌钢护栏连接件使用石墨烯涂料的要求，选配了以下设备与装置：一是确保多种不同用量原料的精准配送，选用单片机控制自动配送料装置；二是为减轻鳞片状金属锌粉结构的破坏，在制备金属锌粉浆时，选用低速低剪切力搅拌机进行混合、均质、分散；三是为确保金属锌粉浆、树脂浆料、石墨烯成品涂料的细度小于10µm，选用刮板细度计进行在线监测，未达细度要求的半成品与产成品返回上步作业再搅拌、再磨、再分散；

综上所述。本专利配制的石墨烯涂料，用于锌钢护栏连接件的表面处理，可获得以下技术效果，第一、与环境友好，配伍原料中不含铅、铬、镉等有毒重金属；第二、涂层厚度薄，满足紧固连接件的尺寸精度要求；第三、显著提高涂层的耐腐蚀性，在12µm±±厚度下，仍具有较长的耐盐雾时间；第四、集多功能于一体，具有硬度高、耐磨损、抗紫外线、附着力强等优异性。能应对各种恶劣环境条件的影响，确保使用的安全与长久。

附图说明

图1为现有部分锌钢护栏连接件结构与形状示意图；

图2为已经与护栏组合为一体正在使用连接件外表面喷涂/石墨烯涂料示意图；

图3为尚未与护栏组合的新连接件的内、外表面喷涂石墨烯涂料示意图；

图4为配制适宜锌钢护栏连接件使用的石墨烯涂料工艺流程示意图。

图2、3中，1是转角三通连接件，2是转角二通连接件，3是三通连接件，4是底座连接件，5是墙体固定件，6是石墨烯涂料。

具体实施方案

结合附图说明，具体实施方案是：一种表面喷涂石墨烯涂料的锌钢护栏连接件，其特征在于所述配制的一种适宜锌钢护栏连接件使用的石墨烯涂料6，喷涂在锌钢护栏连接件的外表面或与连接件组合的护栏外表面、或连接件的内、外表面上，涂层厚度为12µm±；其中按附图2所示已经与护栏组合为一体正在使用的转角三通连接件1、转角二通连接件2、三通连接件3、底座连接件4的外表面上，喷涂厚度为12µm±的石墨烯涂料6，或与其组合的包括连接件在内的护栏外表面上，喷涂厚度为12µm±石墨烯涂料6；其中按附图3所示尚未与护栏组合的新转角三通连接件1、三通连接件3、底座连接件4、墙体固定件5，采用电晕静电喷涂或摩擦枪喷涂装置，直接在经清洗后的现有锌钢连接件成品/基材的内、外表面上，喷涂厚度为12µm±的石墨烯涂料6；其中所述在锌钢护栏连接件表面喷涂石墨烯涂料的的三种方式，根据用户使用连接件的特点与需要，任选其一，或组合选用；经检测，在石墨烯涂层厚度只有12µm±的条件下，涂层外观、颜色、硬度、附着力、耐盐雾性均优于现有表面喷塑的锌钢连接件。

其中所述配制的石墨烯涂料，按质量百分比配伍，由1.18wt%石墨烯、31.18wt%成膜剂、17.65wt%颜料、35.29wt%溶剂、11.76wt%填料、2.94wt%助剂配伍组成；其中所述石墨烯选用振实密度<0.1g/cm³、比表面积180~260m²/g、粒径d50<10µm型号为se1132的黑色石墨烯粉末；所述成膜剂为三聚氰胺改性脲醛树脂，据有关试验，采用共混改性法，将三聚氰胺作为改性剂能有效提高脲醛树脂的耐水性，同时三聚氰胺用量减少，有利成本降低，其配伍是：在31.18wt%的成膜剂中，脲醛树脂为28.24wt%，三聚氰胺2.94wt%，三聚氰胺仅占改性脲醛树脂份额的10%；溶剂按二甲苯与异丁醇1:1的质量比混合配制而成，35.29wt%溶剂中，二甲苯为17.645wt%，异丁醇为17.645wt%，据有关试验，该混合溶剂能够更加有效阻止石墨烯的团聚与锌粉的分散，在制备石墨烯的工艺流程中，将其一分为二，一半用于金属锌粉浆的制备，一半用于树脂浆料的制备；颜料选用细度小于10µm的鳞片状锌粉，按17.65wt%锌粉与17645wt%溶剂配伍，在慢速低剪切力下搅拌混合为金属锌粉浆；所述填料由0.59wt%磷酸锌、9.41wt%钼酸锌、1.47wt%钒酸铋、0.12wt%二硫化钼、0.18wt%聚四氟乙烯微粉组成；所述助剂由2.35wt%润湿分散剂、0.235wt%基材润湿剂、0.12wt%消泡剂、0.235wt%流平剂组成，其中润湿分散剂、基材润湿剂、消泡剂在配制树脂浆料时，随同石墨烯、改性脲醛树脂、填料一同加入，流平剂在配制石墨烯涂料时，随同金属锌粉浆、树脂浆料一同加入。

其中所述配制的石墨烯，按附图4所述的工艺流程制备，选用不同设备将原料配送、半成品与产成品的制备组合为一体，除常规通用设备外，根据锌钢护栏连接件使用石墨烯涂料的要求，重点配置了以下设备：一是确保多种不同用量原料的精准配送，选用单片机控制的自动配送料装置；二是为减轻鳞片状金属锌粉结构的破坏，在制备金属锌粉浆时，选用低速低剪切力搅拌机进行混合、均质、分散；三是为确保金属锌粉浆、树脂浆料、石墨烯成品涂料的细度小于10µm，选用刮板细度计进行在线监测，未达细度要求的半成品与产成品返回上步作业再搅拌、再磨、再分散。