本发明涉及重防腐涂料领域，具体的，涉及一种可用于金属等基材上的水性石墨烯重防腐涂料及其制备方法和应用。
背景技术：
：石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，具有高比表面积、快速导电性、优异的化学稳定性、突出的力学性能、高导热性等性能，使其在涂料中有广泛应用。石墨烯功能涂料成为石墨烯的重要应用研究领域。石墨烯在导电涂料、防腐涂料、阻燃涂料等涂料体系中均可以大幅提高涂料的综合性能，如降低涂层厚度，增加对基材的附着力，提升涂料耐磨性，并使涂料具有绿色环保性。尤其在水性防腐涂料中具有突出的性能展现，石墨烯必将推动防腐涂料的新一轮产业转型升级。石墨烯作为一种新型的防腐材料，在常规防腐涂料基础上添加石墨烯使其具有富锌涂料的阴极保护效应、鳞片涂料的屏蔽效应，更具有柔韧性好、附着力强、耐水性好、硬度高等特点，其防腐性能大大超过现有的重防腐涂料，可广泛应用于海洋工程、石油石化、交通运输、工业设备及集装箱等领域的涂装保护。目前重防腐领域所应用的涂料多为溶剂型涂料，随着人们环保意识的逐步增强以及相关法规的日益完善如2014年《环境保护法》的修订，都表明了从政府及社会各界对环保型涂料的急切诉求。最近几年全国各大城市相继出现了大规模雾霾天气，严重干扰了人们正常的社会生活，同时也深深的损害了人们的身体健康；开发节能环保型水性重防腐涂料成为迫切需求；本发明针对石墨烯的改性做了大量的工作，使其可以在不影响其微观结构特征的前提下，经过处理，增加石墨烯的亲水性和分散性，制成水性石墨烯分散液，使其能够添加到普通水性防腐涂料中，在绿色环保的前提下，达到节能减排、提升涂料防腐和综合性能的效果。我们利用上述水性石墨烯分散液成功研发出一系列水性重防腐产品，解决了传统防腐涂料产品防腐性能差、VOC排放不达标、应用领域受限等多项瓶颈问题，该系列产品可广泛应用于各种重防腐领域，可以完全取代传统的油性产品，该系列产品结合了水性涂料的环保优势和石墨烯等纳米材料的性能优势，与传统产品相比具有节能、环保、防腐性能优越等优势，由石墨烯等纳米材料制备的产品防腐性能、机械性能和综合性能远优于传统产品，突破了国内传统产品性能难以满足重防腐领域应用的瓶颈，该项目的实施不仅会带来良好的经济效益，同时可以取得很好的社会效益，将引领防腐行业向新的方向发展。技术实现要素：本发明旨在制备系列节能环保型重防腐涂料，提供一系列机械性能、防腐性能和综合性能突出的水性石墨烯重防腐涂料及其应用方法，该水性石墨烯重防腐涂料可采用刷涂、浸涂、喷涂、滚涂等方式涂在各种需要防腐的基材上，以制备成各种水性石墨烯重防腐涂层。为了解决上述问题，本发明提供了一种水性石墨烯重防腐涂料，主要包括水性树脂、水性石墨烯分散液、功能填料，水性树脂包括选自水性环氧树脂、水性环氧酯、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂和水性无机树脂构成的组合中一种或一种以上；水性石墨烯分散液为筛选的石墨烯粉体经改性而得；功能填料为改性锌粉、复合磷酸盐、沉淀硫酸钡、滑石粉、铁钛粉中的一种或多种；其中，涂层液中还包括助剂，助剂选自分散剂、消泡剂、表面活性剂、流平剂、防闪锈剂、防沉剂构成的组合中的一种或多种，该涂层液中所含助剂的百分含量为2％-5％。本发明进一步提供了一种水性石墨烯重防腐涂料的制备方法，包括：(1)将分散剂、消泡剂、润湿剂、功能填料在水中混合研磨，得到水性浆料；(2)将水性浆料和水性石墨烯分散液按比例混合，得到水性石墨烯浆料；(3)将水性树脂与上述步骤(2)中的水性石墨烯浆料混合，得到混合均匀的水性石墨烯重防腐涂料半成品；(4)将上述制备的水性石墨烯重防腐涂料半成品与助剂按比例混合均匀或按照先后顺序组合使用得到具有突出机械性能和防腐性能的水性石墨烯重防腐涂料。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。本发明提供了一种水性石墨烯重防腐涂料，主要包括水性树脂、功能填料、石墨烯分散液及助剂，所述水性树脂包括水性环氧树脂、水性环氧酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂和水性无机树脂构成的组合中的一种或一种以上；水性石墨烯分散液为2-10层的石墨烯粉体经过改性而得；功能填料为改性锌粉、复合磷酸盐、沉淀硫酸钡、滑石粉、铁钛粉中的一种或多种。根据上述水性石墨烯重防腐涂料，其中，水性石墨烯分散液中所含石墨烯百分含量为8％。根据上述水性石墨烯重防腐涂料，其中，涂层液中所用水性石墨烯分散液百分含量为17％-20％。根据上述水性石墨烯重防腐涂料，其中，涂层液中所用水性树脂的百分含量为30％-40％。根据上述水性石墨烯重防腐涂料，其中，涂层液中所用功能填料的百分含量为25％-30％。根据上述水性石墨烯重防腐涂料，其中，涂层液中还包括助剂，助剂选自分散剂、消泡剂、表面活性剂、流平剂、防沉剂、增稠剂构成的组合中的一种或多种，该涂层液中所含助剂的百分含量为2％-5％。本发明进一步提供了一种水性石墨烯重防腐涂料的制备方法，包括：(1)将分散剂、消泡剂、润湿剂、功能填料在水中进行混合研磨得到水性浆料；(2)将水性浆料和水性石墨烯分散液按比例混合，得到水性石墨烯浆料；(3)将水性树脂与上述步骤(2)中的水性石墨烯浆料混合，得到混合均匀的水性石墨烯重防腐涂料半成品；(4)将上述制备的水性石墨烯防腐涂料半成品与助剂按比例混合均匀或按照先后顺序组合使用得到具有突出机械性能和防腐性能的水性石墨烯重防腐涂料。根据上述水性石墨烯重防腐涂料的制备方法，其中，步骤(1)中，所述混合在500-2000rpm的转速下进行，搅拌时间为20min-1h；所述研磨在300-1500rpm的转速下进行，直至细度达25μm以下；步骤(2)中，所述混合在300-1300rpm的转速下进行，搅拌时间为20-40min；步骤(3)中，所述混合在400-600rpm的转速下进行，搅拌时间为20-50min。步骤(4)中，所述混合在500-800rpm的转速下进行，搅拌时间为30min-2小时。本发明公开的水性石墨烯重防腐涂料，具有节能环保、附着力好、耐水性强、防腐性能突出等特点，该水性石墨烯重防腐涂料可采用刷涂、浸涂、喷涂、滚涂等方式涂在各种需要防腐的基材上。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。本发明的第一目的是通过分散剂、表面活性剂、防沉剂、水对石墨烯进行表面改性，制得与水性树脂相溶性良好的水性石墨烯分散液。根据上述制备方法，进一步地，分散剂EFKA-4560和/或分散剂SN-6130、表面活性剂CF-10和防沉剂BYK-420，其中，分散剂EFKA-4560和分散剂SN-6130同时存在时，其质量比为1∶1。根据上述制备方法，进一步地，包括将分散剂缓慢滴加到石墨烯中，在40-60℃充分混合1-2小时，得到初步具有分散性的石墨烯；向上述得到的物料中缓慢滴加表面活性剂，在50-80℃条件下充分混合反应2-3小时，冷却至常温，得到溶于水的改性石墨烯；将防沉剂、水加入到上述改性石墨烯中，在20-50℃的条件下搅拌分散2-3小时，然后再经过三辊磨研磨至细度达15μm以下得到所述水性石墨烯分散液。根据上述制备方法，进一步地，商用少层石墨烯、分散剂、表面活性剂、防沉剂和水的质量比见表1，表1名称质量比值商用少层石墨烯80分散剂EFKA-456010-50表面活性剂CF-105-30防沉剂BYK-4205-20水820-900根据上述的一种水性石墨烯分散液的制备方法，进一步地，石墨烯的层数为2-10层。本发明的第二目的是将蒸馏水、分散剂、消泡剂、润湿剂和颜填料经过分散和研磨制得粒径小于25μm的水性浆液；向上述水性浆料加入水性石墨烯分散液经搅拌分散得到水性石墨烯浆料；向上述水性石墨烯浆料中加入水性树脂得到水性石墨烯重防腐涂料半成品；向上述制备的水性石墨烯重防腐涂料半成品中加入防闪锈剂、流平剂、增稠剂搅拌均匀并调至合理粘度，得到水性石墨烯重防腐涂料。根据上述制备方法，进一步地，成膜物质包括水性环氧树脂、水性环氧酯、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂和水性无机树脂构成的组合中的一种或一种以上。根据上述制备方法，进一步地，功能填料为改性锌粉、复合磷酸盐、沉淀硫酸钡、滑石粉、铁钛粉中的一种或多种。根据上述制备方法，进一步地，上述分散剂、消泡剂、润湿剂、防闪锈剂、流平剂和增稠剂均为所属领域常用助剂，其中，分散剂选自EFKA-4560、BYK-182和诺普科SN-6130中的一种或多种；消泡剂选自科宁A-10、德谦W-082和先创SF-561中的一种或多种；润湿剂选自科宁PE-100、先创X-043和陶氏X-405和中的一种或多种；防闪锈剂选自路博润2120和/或德谦FA-179；流平剂选自EFKA-3772和/或道康宁DC-57；增稠剂选自OMG-0625和/或罗门哈斯ASE-60。根据上述制备方法，进一步地，上述水性石墨烯分散液质量分数为8％时，水、分散剂、消泡剂、润湿剂、颜填料、水性石墨烯分散液、成膜物质、防闪锈剂、流平剂和增稠剂的质量比见表2。表2本发明的第三目的是提供一种水性石墨烯重防腐涂料的应用，包括：在施工温度高于5℃的条件下，将上述水性石墨烯重防腐涂料涂覆于基材表面，涂覆厚度为80μm，分两次涂覆，每次涂覆40μm，干燥1小时至表干后，再涂下一层，至完全干燥(养护7天)得到水性石墨烯重防腐涂层。根据上述应用，进一步地，基材包括碳钢、合金钢、铸铁、马口铁、钢筋混凝土、金属零部件，但不局限于此。现以以下三个具体实施例来说明本发明，但不局限于本发明的范围。实施例1本实施例用于说明本发明的水性石墨烯重防腐涂料。将100g水、8g分散剂EFKA-4560、5g消泡剂A-10、5g润湿剂X-405、200g铁钛粉、100g沉淀硫酸钡、加入反应釜中，在800rpm的转速下搅拌30min，在1300rpm的转速下经蓝氏砂磨机研磨至细度小于25μm，得到水性浆料，向水性浆料反应釜中缓慢加入200g水性石墨烯分散液以1000rpm的转速搅拌20min，向反应釜中缓慢加入370g水性环氧酯以400rpm的转速搅拌30min，向反应釜中缓慢加入3g防闪锈剂2120、3g流平剂EFKA-3772、6g增稠剂OMG-0625，以600rpm的转速搅拌60min后出料，得本发明的水性石墨烯重防腐涂料A1。实施例2本实施例用于说明本发明的水性纳米电热涂层液。将100g水、7g分散剂BYK-182、6g消泡剂W-082、4g润湿剂PE-100、280g复合磷酸盐、加入反应釜中，在800rpm的转速下搅拌30min，在1300rpm的转速经蓝氏砂磨机研磨至细度小于25μm，得到水性浆料，向水性浆料反应釜中缓慢加入190g水性石墨烯分散液以1000rpm的转速搅拌20min，向反应釜中缓慢加入400g水性丙烯酸树脂以400rpm的转速搅拌30min，向反应釜中缓慢加入5g防闪锈剂2120、3g流平剂EFKA-3772、5g增稠剂ASE-60，以600rpm的转速搅拌60min后出料，得本发明的水性石墨烯重防腐涂料A2。实施例3将130g水、250g改性锌粉、50g滑石粉、13g分散剂SN-6130、6g消泡剂SF-561、6g润湿剂X-043加入反应釜中，在800rpm的转速下搅拌30min，在1300rpm的转速下经蓝氏砂磨机研磨至细度小于25μm，得到水性浆料，向水性浆料反应釜中缓慢加入180g水性石墨烯分散液以1000rpm的转速搅拌20min，向反应釜中缓慢加入350g水性无机树脂以400rpm的转速搅拌30min，向反应釜中缓慢加入5g防闪锈剂FA-179、3g流平剂DC-57、7g增稠剂OMG-0625，以600rpm的转速搅拌60min后出料，得本发明的水性石墨烯重防腐涂料A3。测试例取符合防腐涂料标准的未添加石墨烯的水性重防腐涂料D1与实施例1、实施例2和实施例3中制得的水性石墨烯重防腐涂料做对比，A1-A3以及普通防腐涂料D1分别涂覆在喷砂碳钢板上，样板制作过程相同，干膜厚度为80μm，经测定，对比测试结果如表3所示：表3涂料A1A2A3D1附着力(级)0112柔韧性(mm)1112抗冲击(kg.cm)50505030耐水性(h)384336360168耐盐雾(h)336031683600816VOC含量(g/l)50465258由表1可以看出，与未添加石墨烯的水性重防腐涂料相比，实施例1、实施例2和实施例3制得的水性石墨烯重防腐涂层的附着力和柔韧性均提升了1个等级以上，抗冲击性能也有较大幅度提升，耐水性能均提升了1倍以上，耐盐雾性能分别提升了312％、288％和341％；实施例1、实施例2和实施例3制得的水性石墨烯重防腐涂料在大幅度提高机械性能和防腐性能的同时保持了涂层的低VOC含量，与传统的油性防腐涂料VOC含量(国家标准420g/L)相比降低了80％以上，有着良好的节能减排效果。以上详细描述了本发明的实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。当前第1页1 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