一种石墨烯改性的隔热防腐环保涂料及制备方法与流程

本发明涉及一种石墨烯改性的隔热防腐环保涂料及制备方法，特别适用于化学品储罐、油管及运输车辆的防腐隔热。

背景技术：

自从二十世纪中叶以来，世界各国对能源的需求和消耗逐年增长，与能源短缺形成矛盾，由于争夺能源引发的大型战争屡见不鲜。对我国而言，经济的持续快速发展离不开充足能源的支持，能源战略已经上升为国家战略之一。因此，如何充分利用能源，同时提高大型设备的使用寿命已经成为关乎国民经济发展的重要因素。

在春夏两季，由于环境温度较高且日照时间增加，工业设备包括化学品储罐、管道和槽罐车等表面温度快速上升，内部储藏的化学品也随着显著升温，带来安全隐患。比如各类油品储罐，夏季油罐容易出现呼吸效应，每天损失的油量高达惊人的0.2％，并且在储罐周围产生大量油气，除了浪费能源还给生产带来一系列严重的安全问题。为了解决上述问题，目前广泛采用的办法是大量喷淋冷水给设备降温，造成大量浪费。与此同时，由于设备常年暴露在自然环境中，表面容易发生锈蚀，影响其使用寿命，并且带来安全隐患。传统的防锈漆可以抑制锈蚀的发生，但是功能单一，不能同时解决温度升高问题。近年来人们开发出隔热涂料，通过将太阳光中的红外线部分进行反射从而达到隔热的作用。目前比较成熟的国外技术包括日本专利JP98-120946的隔热涂料，虽然效果不错，但是其是油性涂料，在生产和使用过程中会对人及环境产生不良影响，而且防腐效果一般。

为了克服现有隔热涂料性能的不足，本发明公开了一种以丙烯酸乳液为基础，结合红外反射颜填料、空心反射材料以及石墨烯重防腐原料合成的隔热防腐水性涂料及配方。该涂料隔热效果明显，在夏季正午能有效降低设备表面温度20℃以上，同时具有良好的防腐性能，使用寿命长达8年，可广泛适用于各类金属表面。此外涂料的流平性，成膜性及干燥等性能较好，干燥后其机械性能和耐冲刷性高于国家相关标准。另外，此涂料配方不含有机溶剂，不含苯、甲醛等有害挥发气体，对人体及环境友好。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种石墨烯改性的隔热防腐环保涂料及制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种石墨烯改性的隔热防腐环保涂料，按重量份计，包括以下原料：成膜树脂10～30份、颜填料18～45份、助剂1～8份、石墨烯0.1～4份、碳纳米管0.1～2份、纳米多孔隔热填料3～12份和去离子水20～50份。

进一步地，成膜树脂为有机硅改性的丙烯酸乳液，乳液的固含量为48±3％，玻璃化温度为24～28℃。

进一步地，颜填料为金红石型二氧化钛、酞青蓝、氧化铁黄、朱砂、雄黄、气相白炭黑、重质碳酸钙、稀土金属氧化物、膨润土、滑石粉和硫酸钡中的两种或几种，颜填料的尺寸为1250目～6000目。

进一步地，助剂为润湿剂、分散剂、消泡剂、防腐剂、成膜剂、增稠剂、流平剂和防腐剂中的几种。

进一步地，石墨烯尺寸为0.3～2um。石墨烯由化学氧化还原法制备，其具有高分散性，能显著提高涂料的防腐性能。碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管，管径为2～20nm。

进一步地，纳米多孔隔热填料为空心漂珠、空心陶瓷微珠、空心玻璃微珠中的一种或几种，多孔隔热填料的尺寸为3000目～6000目。

一种石墨烯改性的隔热防腐环保涂料的制备方法，包括以下步骤：将所有颜填料加入去离子水中，逐步加快搅拌速度直到1300转/分，搅拌40分钟，加入60％的助剂，得到分散均匀的混合液；将纳米多孔隔热填料、成膜树脂、石墨烯和碳纳米管依次加入混合液中，搅拌30分钟；将搅拌速率降至800转/分，加入40％的助剂，搅拌30分钟，得到石墨烯改性的隔热防腐环保涂料。

隔热防腐环保涂料，可采用高压喷涂设备喷涂，喷涂效果比传统人工刷涂或滚涂效率高。

本发明的有益效果是：(1)涂料同时具有隔热和防腐效果，避免了需要在设备表面反复涂覆不同的涂料，避免考虑不同涂料间的排斥性以及施工工艺的差异；(2)涂料采用多级隔热方案，包括纳米多孔隔热填料以及优化颜填料尺寸增加其对红外光的反射能力，最大限度实现涂料的隔热性能；(3)采用石墨烯和碳纳米管作为主要防腐原料，显著提升了涂料的防腐性能，并且在延展性方面优于传统防腐涂料；(4)涂料的使用寿命长，并且不含挥发性有机气体，对人体和环境友好；(5)涂料应用前景广阔，尤其适合在石油化工厂的储罐和传输管道等设备的外表面使用。使用本发明所述的涂料后可显著降低上述设备温度，一般可使其外部温度比使用前降低20℃以上，同时具备较强防腐功能，解决了设备的腐蚀问题，节约能源的同时延长设备使用寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为本发明实施例1制备的石墨烯改性的隔热防腐环保涂料涂覆在油罐表面的前后对比照片；

图2为本发明实施例2制备的石墨烯改性的隔热防腐环保涂料涂覆在化学品储罐表面的前后对比照片。

具体实施方式

现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。

实施例1

将80g二氧化钛、50g硫酸钡、130g气相白炭黑、40g膨润土和50g滑石粉颜填料加入300g去离子水中，逐步加快搅拌速度直到1300转/分搅拌40分钟，加入3g润湿剂、12g分散剂、9g消泡剂、6g成膜剂、3g增稠剂、1.5g流平剂和1.5g防腐剂，得到分散均匀的混合液；然后将70g陶瓷微珠和30g玻璃微珠、180g有机硅改性丙烯酸乳液、8g石墨烯和2g碳纳米管加入混合液中，继续搅拌30分钟，同时将搅拌速率降至800转/分；最后加入2g润湿剂、8g分散剂、6g消泡剂、4g成膜剂、2g增稠剂、1g流平剂和1g防腐剂，搅拌30分钟，得到石墨烯改性的隔热防腐环保涂料。本实施例中，有机硅改性丙烯酸乳液的固含量为49％，玻璃化温度为25℃。

图1实施例1制备的一种石墨烯改性的隔热防腐环保涂料涂覆在油罐表面的前后对比照片。

实施例2

将70g二氧化钛、80g硫酸钡、180g气相白炭黑、20g膨润土和50g滑石粉颜填料加入330g去离子水中，逐步加快搅拌速度直到1300转/分搅拌40分钟，并加入3g润湿剂、9g分散剂、6g消泡剂、3g成膜剂、1.5g流平剂和1.5g防腐剂，得到分散均匀的混合液；然后将50g陶瓷微珠和20g玻璃微珠、150g有机硅改性丙烯酸乳液、5g石墨烯和5g碳纳米管加入混合液中，继续搅拌30分钟，同时将搅拌速率降至800转/分；最后加入2g润湿剂、6g分散剂、4g消泡剂、2g成膜剂、1g流平剂和1g防腐剂，搅拌30分钟，得到石墨烯改性的隔热防腐环保涂料。本实施例中，有机硅改性丙烯酸乳液的固含量为50％，玻璃化温度为27℃。

图2为实施例2制备的石墨烯改性的隔热防腐环保涂料涂覆在化学品储罐表面的前后对比照片。

实施例3

将55g二氧化钛、65g硫酸钡、90g气相白炭黑、20g膨润土和140g滑石粉颜填料加入330g去离子水中，逐步加快搅拌速度直到1300转/分搅拌40分钟，并加入1.5g润湿剂、7.5g分散剂、9g消泡剂、1.5g成膜剂、1.5g增稠剂、1.5g流平剂和1.5g防腐剂，得到分散均匀的混合液；然后将60g陶瓷微珠和60g玻璃微珠、158g有机硅改性丙烯酸乳液、5g石墨烯和2g碳纳米管加入混合液中，继续搅拌30分钟，同时将搅拌速率降至800转/分；最后加入1g润湿剂、5g分散剂、6g消泡剂、1g成膜剂、1g增稠剂、1g流平剂和1g防腐剂，搅拌30分钟，得到石墨烯改性的隔热防腐环保涂料。本实施例中，有机硅改性丙烯酸乳液的固含量为50％，玻璃化温度为24℃。

实施例4

将70g二氧化钛、150g硫酸钡、20g气相白炭黑、10g膨润土和30g滑石粉颜填料加入320g去离子水中，逐步加快搅拌速度直到1300转/分搅拌40分钟，并加入3g润湿剂、9g分散剂、7.5g消泡剂、3g成膜剂、1.5g增稠剂、3g流平剂和3g防腐剂，得到分散均匀的混合液；然后将65g陶瓷微珠和55g玻璃微珠、210g有机硅改性丙烯酸乳液、16g石墨烯和4g碳纳米管加入混合液中，继续搅拌30分钟，同时将搅拌速率降至800转/分；最后加入2g润湿剂、6g分散剂、5g消泡剂、2g成膜剂、1g增稠剂、2g流平剂和2g防腐剂，搅拌30分钟，得到石墨烯改性的隔热防腐环保涂料。本实施例中，有机硅改性丙烯酸乳液的固含量为47％，玻璃化温度为25℃。

实施例制得的隔热防腐涂料性能测试结果如下表：

上表可以看到本发明的涂料各项性能优异，完全符合国家相关标准，同时解决设备的隔热和防腐问题，并且节能环保。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。