具有高隔绝性石墨烯/环氧树脂复合防腐涂料及制备方法_2

文档序号:9881668阅读:来源:国知局
过程和工艺简化。
[0028] 2、本发明制备的石墨烯/环氧树脂涂层具有良好阻隔性能时,需要的石墨烯最低 加入量可以降至0. 2wt %。
[0029] 3、本发明制备的石墨烯/环氧树脂涂层,具有良好柔韧性和抗冲击性能。
[0030] 4、采用本发明方法制备出的石墨烯/环氧涂层与现有技术相比,石墨烯用量少, 同时可实现石墨烯在复合涂层中的均匀分散,因而可以赋予涂层极佳的防水、防腐蚀性、耐 候性、耐酸碱性、耐冲击和耐人工老化等优点。
【附图说明】
[0031] 图1.环氧树脂涂层、环氧树脂/0. 5wt%炭黑复合涂层以及环氧树脂/0. 5wt%石 墨烯复合涂层吸水率随浸泡时间的变化曲线。
[0032] 图2.环氧树脂涂层、环氧树脂/0. 5wt%炭黑复合涂层以及环氧树脂/0. 5wt%石 墨烯复合涂层离子透过率随浸泡时间的变化曲线。
[0033] 图3.具有良好柔韧性的石墨烯/环氧树脂复合涂层和脆性的环氧树脂涂层图片。 其中,(a)图为0.5wt%石墨烯/环氧树脂复合薄膜(柔性);(b)图为环氧树脂薄膜(脆 性)。
[0034] 图4.不同石墨烯添加量的石墨烯/环氧树脂复合涂层与商用环氧富锌涂层和环 氧玻璃鳞片涂层在酸、碱和中性腐蚀环境中浸泡30天后的涂层表面形貌对比。其中,酸性 腐蚀采用l〇wt%盐酸,碱性腐蚀采用10wt% NaOH水溶液,中性盐腐蚀采用10wt% NaCl水 溶液,1#代表石墨烯含量为o. 5wt %的石墨烯/环氧复合涂层,2#代表石墨烯含量为lwt % 的石墨烯/环氧复合涂层,3#代表石墨烯含量为1. 5wt %的石墨烯/环氧复合涂层,4#代表 典型商用环氧富锌涂层,5#代表典型商用环氧玻璃鳞片涂层。
【具体实施方式】
[0035] 在【具体实施方式】中,本发明具有高隔绝性石墨烯/环氧树脂复合防腐涂料为A、B 双组份型,其中:A组分包含环氧树脂、石墨烯/环氧树脂母料、稀释剂、添加剂等物质,B组 分为固化剂。各组分的重量组成(以环氧树脂量为1〇〇份重量计)为:
[0036] A 组分:
[0037] 环氧树脂 励份; 5wt%^墨烯y环氧树脂母料1~100份(优选为10~60份); 稀释剂 10~50份; 添加剂 1~5份;
[0038] B 组分:
[0039] 固化剂 20~100份;
[0040] 在A组分中,环氧树脂主要为双酚A型环氧树脂,其牌号如:E-20 (601)、 E-44 (6101)、E-51 (618)等。添加剂为涂料领域常用的助剂,采用市售分散剂、消泡剂、流平 剂和防沉剂之一种或两种以上的混合。优选地,分散剂、消泡剂、流平剂和防沉剂各自的重 量份数为〇. 5~2份。稀释剂采用有机溶剂:甲苯、二甲苯、丁醇、甲乙酮、环己酮中的一种 或两种以上混合。
[0041] 在A组分中,5 wt%石墨烯/环氧树脂母料请参见中国发明专利申请:"一种纳米 碳/液态树脂母料的制备方法(申请号201410617460. 9) "。石墨烯/液态树脂母料指的是 石墨烯含量在5wt%的复合树脂浆料,石墨烯在其中均匀分散,并可以被稀释成低浓度的复 合树脂,且稀释后石墨烯的分散状态不变,该母料在应用时分散性能好。石墨烯材料可以在 低级醇溶剂中实现暂态的分散,同时低级醇溶剂也是液态树脂的不良溶剂,树脂在其中的 溶解度很低。但是树脂在醇中微量的溶解使其可以与石墨烯形成良好的结合,使石墨烯与 树脂之间的相互作用力逐渐增强。宏观上表现为石墨烯逐渐从醇溶液中转移到树脂中,并 形成均匀分散。在石墨烯完全由醇中转移到树脂中之后,静置条件下醇溶液就会与树脂分 层。由于醇溶液与树脂之间的结合力很弱,可以通过热蒸发的处理方法,使其与树脂完全分 离。
[0042] B组分为胺类、醚类或酸酐类固化剂,包括:聚酰胺、市售D8(酮醛环氧化合物 与脂肪族多元胺加成物)、T31 (酚醛改性胺加成物)、701#(苯酚甲醛己二胺缩合物)、 704# (2-甲基咪唑-环氧丙烷丁基醚加成物)、705# (2-甲基咪唑-环氧丙基异辛基醚加成 物)、70#酸酐(丁二烯-顺丁烯二酸酐加成物)、308桐油酸酐(桐油改性顺丁烯二酸酐) 等的一种或两种以上的混合。
[0043] 本发明防腐涂料的制备过程如下:
[0044] 按照配方比例在搅拌器中加入环氧树脂、石墨烯/环氧树脂母料、稀释剂和添加 剂匀速搅拌(转速为300~500转/分钟)1~3小时,使各种物料混合均匀分装即可获得A 组分。将A、B两组份按比例混合均匀后,即可使用。按重量百分比计,A组分占53~93%, B组分占7~47% ;A组份中,石墨烯的含量范围为0. 03~2. 3wt%,优选范围为0. 2~ 1. 5wt%。按常规方法施涂干燥后,即可制备出具有高隔绝性的腐蚀防护涂层。
[0045] 下面,通过实施例对本发明进一步详细说明。
[0046] 实施例1
[0047] 将500g插层剥离法制备的石墨烯粉体加入到30kg己醇中,超声分散30分钟,可 得到暂态分散的石墨烯/醇悬浊液;将上述悬浊液与l〇kg环氧树脂混合后机械搅拌5小 时,搅拌速度为200转/分钟;搅拌结束后静置10分钟,使上述混合液体分层;将上层灰白 色的溶液倒出,留下下层黑色的粘稠浆料,置入真空烘箱中抽真空加热至120°C,保持烘箱 内真空度低于1〇〇 Pa ;烘干24小时后取出即得到石墨烯含量约5wt %的石墨烯/环氧树脂 复合母料。
[0048] 按重量份数计,复合防腐涂料的原料组成如下:
[0049] 组分A的成分是:
[0050] 环氧树脂 100份;
[0051] 5wt%石墨烯/环氧树脂母料 15份;
[0052] 溶剂包括以下成分和比例:
[0053] 二甲苯 15 份;
[0054] 环己丽 15份;
[0055] 正丁醇 15 份;
[0056] 添加剂包括以下成分和比例:
[0057] 分散剂 1份; 消泡剂 2份; 流平剂 1份; 防沉剂 1份;
[0058] 组分B的成分是:
[0059] 聚酰胺 35份。
[0060] 本实施例中,防腐涂料的制备过程如下:
[0061] (1)均匀混合上述重量比的组分A原料;
[0062] (2)将步骤(1)所得混合物与聚酰胺按重量比配伍均匀混合后即可使用。
[0063] (3)上述涂料中石墨烯的含量约为0. 5wt%,利用刷涂法将混合后的涂料制成独 立的薄膜进行耐渗透和力学性能测试以及涂刷在碳钢试片上制成涂层测试腐蚀防护性能。
[0064] 如图1所示,测试结果表明,石墨烯复合涂层浸泡50天后的吸水率为环氧树脂涂 层的1/10,是相同加入量炭黑复合涂层的1/5。这是由于石墨烯本身的疏水性,以及石墨烯 的大片层结构可以有效的抑制水分子在涂层内的渗透,从而显著提高了环氧树脂基涂料的 防腐性能。
[0065] 如图2所示,石墨烯的加入可以非常显著的抑制离子在环氧树脂涂层中的透过 率。腐蚀性离子(如Cl)接触金属表面是造成金属腐蚀加剧的重要因素,抑制腐蚀性离子 的透过是涂层腐蚀防护的一个关键指标。石墨烯复合涂层中,C1离子的透过速率可以降至 纯环氧涂层的约1/100。
[0066] 如图3(a)-(b)所示,石墨烯的加入可以有效提高涂料层的韧性和耐冲击性能,保 证涂层的完整性,也就延长了防腐涂层的寿命。
[0067] 上述结果表明,石墨烯的加入可以有效提高涂层的隔绝性能,制备出具有高隔绝 性的石墨烯/环氧树脂复合涂层。
[0068] 实施例2
[0069] 按重量份数计,复合防腐涂料的原料组成如下:
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