本发明属于水性防腐涂料技术领域，更具体地，涉及一种石墨烯改性水性环氧富锌涂料及其制备方法和应用。
背景技术
水性环氧富锌涂料因其环保型和高耐腐蚀性，在集装箱、船舶、风机叶片、储罐、海港设施等重防腐领域应用前景广泛。富锌涂料以牺牲阴极锌粉来保护基材，因此要求干膜中必须包括大量的锌粉，一般要求锌粉含量75%以上，如此才能起到阴极保护的作用。石墨烯因其独特的二维结构而具有优异的导电性、导热性和防腐性等，近年来受到各行业的关注和研究。石墨烯具有很大的径厚比，以及优异的导电性能，将其应用环氧富锌底漆中，可以增强底漆的屏蔽性和导电性，从而提高底漆的防腐性能。
传统的环氧富锌底漆由于要在漆膜中形成完整的导电通路，因此需要使用大量的锌粉，最高使用量可以达到90%左右。锌粉含量过高，会增加生产成本，危害工作人员的健康。
因此，开发一种防腐性能优异，且锌粉含量低，成本低廉，生产安全性能好的环氧富锌底漆具有重要的研究意义和应用价值。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中环氧富锌底漆锌粉含量高，成本高昂，生产安全性能不佳的缺陷和不足，提供一种石墨烯改性水性环氧富锌涂料。本发明提供的涂料利用水性石墨烯浆料进行改性，在降低锌粉用量的情况下，具有较好的导电性和防腐性能；同时，由于为水性环氧富锌涂料，可以大大降低有机可挥发物含量，更具环保性。
本发明的另一目的在于提供上述石墨烯改性水性环氧富锌涂料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述石墨烯改性水性环氧富锌涂料的使用方法。
本发明的另一目的在于提供上述石墨烯改性水性环氧富锌涂料在制备防腐底漆中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种石墨烯改性水性环氧富锌涂料，包括a组分和b组分；所述a组分由如下质量份数的组分组成：聚酰胺固化剂3~8份；触变剂一1~2份；分散剂0.1~1份；锌粉50~90份；填料0~30份；溶剂5~10份；所述b组分由如下质量份数的组分组成：水性环氧树脂乳液60~70份；水性石墨烯浆料5~20份；防闪锈剂1~3份；消泡剂1~3份；触变剂二0.1~0.5份；水20~35份。
本发明提供一种水性环氧富锌涂料，利用水性石墨烯浆料对水性环氧富锌涂料进行改性，既可以利用石墨烯优异的导电性、导热性和防腐性，在降低锌粉用量的情况下，具有较好的导电性和防腐性能；同时，由于为水性环氧富锌涂料，可以大大降低有机可挥发物含量，更具环保性。
应当理解的是，水性石墨烯浆料具有良好的分散性，能保证石墨烯片在涂层中的均匀分散，避免了直接添加石墨烯粉体时容易凝聚和难以分散的缺点，使得涂料制备工艺更加简单。
优选地，所述a组分由如下质量份数的组分组成：聚酰胺固化剂3~5份；触变剂一1.5~2份；分散剂0.5~1份；锌粉50~90份；填料20~30份；溶剂5~10份。
更为优选地，所述所述a组分由如下质量份数的组分组成：聚酰胺固化剂3.5份；触变剂一1.5份；分散剂0.6份；锌粉55份；填料20份；溶剂10份。
优选地，所述b组分由如下质量份数的组分组成：水性环氧树脂乳液60~70份；水性石墨烯浆料5~20份；防闪锈剂1~3份；消泡剂1~3份；触变剂二0.3~0.5份；水20~35份。
更为优选地，所述b组分由如下质量份数的组分组成：水性环氧树脂乳液65份；水性石墨烯浆料8份；防闪锈剂1.6份；消泡剂1.6份；触变剂二0.3份；水25份。
优选地，所述聚酰胺固化剂的活泼氢当量为150~210，固含量为100%。
优选地，所述触变剂一为聚酰胺蜡、膨润土、气相二氧化硅中的一种或几种。
优选地，所述分散剂为非离子型超分散剂。
优选地，所述锌粉的粒径为600~800目，形貌为球状。
更为优选地，所述锌粉的粒径为600目。
优选地，所述填料为滑石粉、磷铁粉或云母粉中的一种或几种。
优选地，所述溶剂为丙二醇甲醚、丙二醇苯醚或乙醇中的一种或几种。
优选地，所述水性环氧树脂乳液的固含量为53%，环氧当量为1000。
优选地，所述水性石墨烯浆料由石墨烯、分散剂二和水组成；所述水性石墨烯浆料中石墨烯的质量分数为10%，所述石墨烯的片径为1~3μm。
优选地，所述触变剂二为膨润土、聚丙烯酸盐、聚酰胺蜡中的一种或几种。
优选地，所述防闪锈剂为环保型防闪锈剂。
更为优选地，所述防闪锈剂为不含亚硝酸钠。
优选地，所述消泡剂为矿物油或聚醚改性有机硅中的一种或两种。
上述石墨烯改性水性环氧富锌涂料的制备方法，包括如下步骤：
s1：将溶剂、触变剂一、聚酰胺固化剂和分散剂混合，搅拌后加入锌粉和填料，搅拌，即得所述a组分；
s2：将水性环氧乳液、水性石墨烯溶液、防闪锈剂、消泡剂、触变剂二和水混合，即得所述b组分。
优选地，s1中所述溶剂、触变剂一、聚酰胺固化剂和分散剂于1500r/min转速条件下搅拌20min；加入锌粉和填料后于1500r/min转速条件下搅拌30min。
上述石墨烯改性水性环氧富锌涂料的使用方法：按所述水性环氧树脂乳液的环氧基含量:所述聚酰胺固化剂的活泼氢含量为1.2:1，将a组分和b组分混合均匀后，喷涂。
上述石墨烯改性水性环氧富锌涂料在制备防腐底漆中的应用也在本发明的保护范围内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的水性环氧富锌涂料，利用水性石墨烯浆料进行改性，既可以利用石墨烯优异的导电性、导热性和防腐性，在降低锌粉用量的情况下，具有较好的导电性和防腐性能；同时，由于为水性环氧富锌涂料，可以大大降低有机可挥发物含量，更具环保性。
具体实施方式
下面结合实施例和对照例对本发明做进一步的描述。这些实施例仅是对本发明的典型描述，但本发明不限于此。下述实施例和对照例中所用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法，所使用的原料，试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市购等商业途径得到的原料和试剂。
实施例1
本实施例提供一种水性环氧富锌涂料，包括a组分和b组分。
a组分：丙二醇甲醚10份、聚酰胺固化剂3.5份、聚酰胺蜡1.5份、非离子型超分散剂0.6份、锌粉55份、磷铁粉20份；锌粉的粒径为800目，形貌为球状。聚酰胺固化剂的活泼氢当量为150，固含量为100%。
b组分：水性环氧乳液65份、水性石墨烯浆料8份、环保型防闪锈剂1.6份、聚醚改性有机硅消泡剂1.6份、膨润土0.3份、水25份；水性石墨烯浆料包括质量分数为10%的石墨烯，石墨烯的片径为1~3μm。水性环氧乳液的固含量为53%，环氧当量为1000。
a组分和b组分通过如下方法制备得到：
按原料配比称取各组分，将溶剂、触变剂一、聚酰胺固化剂和分散剂加入罐中，以1500r/min转速20min，然后加入锌粉和填料，以1500r/min继续搅拌30min，出料，即得a组分。
按原料配比称取各组分，将水性环氧乳液、水性石墨烯溶液、防闪锈剂、消泡剂、触变剂二和水加入罐中，以800r/min的转速搅拌30min，出料，即得b组分。
使用时a组分和b组分的重量配比为2:1。
性能测定：耐中性盐雾2500h划痕处扩蚀0.5mm、未划痕处无变化、耐水性600h无变化、储存稳定性正常、附着力0级、耐冲击性50cm、柔韧性1mm。
实施例2
本实施例提供一种水性环氧富锌涂料，包括a组分和b组分。
a组分：丙二醇甲醚10份、聚酰胺固化剂4.5份、膨润土1.3份、非离子型超分散剂0.6份、锌粉60份、云母粉22份；锌粉的粒径为800目，形貌为球状。聚酰胺固化剂的活泼氢当量为190，固含量为100%。
b组分：水性环氧乳液60份、水性石墨烯浆料20份、环保型防闪锈剂1份、矿物油消泡剂1份、聚丙烯酸盐0.5份、水35份。水性石墨烯浆料包括质量分数为10%的石墨烯，石墨烯的片径为1~3μm。水性环氧乳液的固含量为53%，环氧当量为1000。
a组分和b组分的制备方法与实施例1一致。
使用时a组分和b组分的重量配比为1.8:1。
性能测定：耐中性盐雾2000h划痕处扩蚀0.5mm、未划痕处无变化、耐水性600h无变化、储存稳定性正常、附着力0级、耐冲击性50cm、柔韧性1mm。
实施例3
本实施例提供一种水性环氧富锌涂料，包括a组分和b组分。
a组分：丙二醇甲醚10份、聚酰胺固化剂8份、聚酰胺蜡1份、非离子型超分散剂1份、锌粉50份、云母粉30份；锌粉的粒径为800目，形貌为球状。聚酰胺固化剂的活泼氢当量为210，固含量为100%。
b组分：水性环氧乳液60份、水性石墨烯浆料20份、环保型防闪锈剂3份、矿物油消泡剂1份、膨润土0.5份、水20份。水性石墨烯浆料包括质量分数为5%的石墨烯，石墨烯的片径为1~3μm。水性环氧乳液的固含量为53%，环氧当量为1000。
a组分和b组分的制备方法与实施例1一致。
使用时a组分和b组分的重量配比为1.8:1。
性能测定：耐中性盐雾2000h划痕处扩蚀0.5mm、未划痕处无变化、耐水性600h无变化、储存稳定性正常、附着力0级、耐冲击性50cm、柔韧性1mm。
实施例4
本实施例提供一种水性环氧富锌涂料，包括a组分和b组分。
a组分：丙二醇苯醚5份、聚酰胺固化剂3份、膨润土2份、非离子型超分散剂0.1份、锌粉90份；锌粉的粒径为600目，形貌为球状。聚酰胺固化剂的活泼氢当量为190，固含量为100%。
b组分：水性环氧乳液70份、水性石墨烯浆料5份、环保型防闪锈剂1份、聚醚改性有机硅消泡剂3份、聚丙烯酸盐0.1份、水35份。水性石墨烯浆料包括质量分数为10%的石墨烯，石墨烯的片径为1~3μm。水性环氧乳液的固含量为53%，环氧当量为1000。
a组分和b组分的制备方法与实施例1一致。
使用时a组分和b组分的重量配比为2:1。
性能测定：耐中性盐雾2000h划痕处扩蚀0.5mm、未划痕处无变化、耐水性600h无变化、储存稳定性正常、附着力0级、耐冲击性50cm、柔韧性1mm。
实施例5
本实施例提供一种水性环氧富锌涂料，包括a组分和b组分。
a组分：乙醇5份、聚酰胺固化剂3份、膨润土1份、气相二氧化硅1份、非离子型超分散剂0.5份、锌粉90份；锌粉的粒径为600目，形貌为球状。聚酰胺固化剂的活泼氢当量为190，固含量为100%。
b组分：水性环氧乳液60份、水性石墨烯浆料5份、环保型防闪锈剂1份、矿物油消泡剂2份、聚丙烯酸盐0.5份、水20份。水性石墨烯浆料包括质量分数为，10%的石墨烯，石墨烯的片径为1~3μm。水性环氧乳液的固含量为53%，环氧当量为1000。
a组分和b组分的制备方法与实施例1一致。
使用时a组分和b组分的重量配比为2.2:1。
性能测定：耐中性盐雾2000h划痕处扩蚀0.5mm、未划痕处无变化、耐水性600h无变化、储存稳定性正常、附着力0级、耐冲击性50cm、柔韧性1mm。
实施例6
本实施例提供一种水性环氧富锌涂料，包括a组分和b组分。
a组分：丙二醇甲醚10份、聚酰胺固化剂5份、聚酰胺蜡0.5份、气相二氧化硅1份、非离子型超分散剂1份、锌粉50份、滑石粉20份；锌粉的粒径为800目，形貌为球状。聚酰胺固化剂的活泼氢当量为190，固含量为100%。
b组分：水性环氧乳液70份、水性石墨烯浆料15份、环保型防闪锈剂2份、聚醚改性有机硅消泡剂2份、聚酰胺蜡0.3份、水30份。水性石墨烯浆料包括质量分数为5%的石墨烯，石墨烯的片径为1~3μm。水性环氧乳液的固含量为53%，环氧当量为1000。
a组分和b组分的制备方法与实施例1一致。
使用时a组分和b组分的重量配比为1.8:1。
性能测定：耐中性盐雾2000h划痕处扩蚀0.5mm、未划痕处无变化、耐水性600h无变化、储存稳定性正常、附着力0级、耐冲击性50cm、柔韧性1mm。
实施例7
本实施例提供一种水性环氧富锌涂料，其配比等条件中，除石墨烯的片径为200~1000nm外，其余条件均与实施例1一致。
性能测定：耐中性盐雾1400h划痕处扩蚀0.5mm、未划痕处无变化、耐水性400h无变化、储存稳定性正常、附着力0级、耐冲击性50cm、柔韧性1mm。
对比例1
本对比例提供一种水性环氧富锌涂料，包括a组分和b组分，a组分与实施例1的组分一致，b组分中除不含水性石墨烯浆料外，均与实施例1一致。
a组分和b组分的制备方法与实施例1一致。
使用时a组分和b组分的重量配比为2:1。
性能测定：耐中性盐雾800h划痕处扩蚀0.5mm、未划痕处无变化、耐水性600h无变化、储存稳定性3天有轻微沉淀、附着力1级、耐冲击性50cm、柔韧性1mm。
对比例2
本对比例提供一种水性环氧富锌涂料，包括a组分和b组分。a组分中除锌粉的用量为100份外，均与实施例1一致；b组分中选用石墨烯除不含水性石墨烯浆料外，均与实施例1一致。
a组分和b组分的制备方法与实施例1一致。
使用时a组分和b组分的重量配比为2:1。
性能测定：耐中性盐雾2500h划痕处扩蚀0.5mm、未划痕处无变化、耐水性400h无变化、储存稳定性正常、附着力1级、耐冲击性50cm、柔韧性1mm。
对比例3
本对比例提供一种水性环氧富锌涂料，其配比等条件中，用石墨烯和水代替水性石墨烯浆料，其中，石墨烯和水的总用量与水性石墨烯浆料一致，石墨烯的用量与水性石墨烯浆料中的石墨烯总含量一致，其余条件均与实施例1一致。
性能测定：耐中性盐雾800h划痕处扩蚀0.5mm、未划痕处无变化、耐水性400h无变化、储存稳定性3天有返粗现象、附着力1级、耐冲击性50cm、柔韧性1mm。
最后应当指出的是，以上实施例仅是本发明的具有代表性的例子。显然，本发明的技术方案并不限于上述实施例，还可有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明内容直接导出或联想到所有变形，均应认为是本发明的权利要求的保护范围。