一种钢结构水性涂料制备方法与流程

本发明涉及一种涂料制备方法，特别是涉及一种钢结构水性涂料制备方法。
背景技术：
：随着我国经济建设的飞速发展，钢结构材料成为建筑、施工的主要材料之一，而每年因钢材等金属的腐蚀所造成的浪费十分巨大。据报道，英国每年由于金属腐蚀造成的损失达几亿英镑；美国每年因金属腐蚀造成的损失约占国民生产总值的4.2%；而我国每年因金属腐蚀引起的损失约为国民生产总值的2.3%。到目前为止，在众多防腐手段中（如：采用耐腐蚀金属材料、电化学保护法、添加缓蚀剂、涂刷防腐蚀涂料等），涂装防腐蚀涂料是最为经济有效的。近年来，环保理念倡行，水性防腐涂料逐渐成为主流，水性环氧树脂因具有优异的物理和化学性能（如良好的附着力、耐化学药品性和耐溶剂性、硬度高、热稳定性优良等）迅速发展，不断推出水性环氧树脂涂料以及纳米改性环氧树脂涂料。但在实际应用中水性环氧树脂仍然存在一定的不足，如水性化引起的强度下降，阻隔性下降，附着力下降等，进而影响涂料的防腐蚀性能，因此亟需开发一种新的水性复合涂料。石墨烯(graphene)是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。其内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以sp杂化轨道成键。经研究发现，石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0tpa，固有的拉伸强度为130gpa。此外石墨烯还具有极大的比表面积、极高的热导率以及载流子迁移率等多种优异的特质。使其在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。富里酸是腐植酸的一种，腐殖酸作为一种广泛分布的天然有机物，由于含有大量的羧基、羟基等活性基团，对于地球生态系统的结构、功能起着重要的调控作用，广泛应用于化肥以及水体净化中。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种钢结构水性涂料制备方法，该方法通过富里酸改性石墨烯使富里酸与石墨烯一体化，避免了石墨烯在水性集体中的聚集，堆叠，相较于机械共混、高速分散具有更高的稳定性，使得涂层的稳定性和防腐性大幅度提高；富里酸具有较强的吸附、并转化络合金属离子的能力，能够与基材金属离子形成稳定化合物，阻止腐蚀进一步发生，从而进一步提高涂层的附着力及防腐性能。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种钢结构水性涂料制备方法，其特征在于，所述方法采用富里酸改性石墨烯，使富里酸与石墨烯一体化后再与水性环氧树脂复合制备钢结构水性涂层；具体合成步骤如下：a.富里酸的纯化：将一定量的富里酸置于三颈瓶中，加入适量的无水乙醇，开动搅拌器，升温至液体沸腾，移出液体过滤，所得滤液离心，冷冻干燥得纯化后富里酸（fa）。b.富里酸改性石墨烯：将100ml还原石墨烯悬浮液（1.0g）置于三颈瓶中，开动搅拌器，分散0.5h。低温搅拌下向其中缓慢加入富里酸溶液，富里酸溶液滴加完成后缓慢升温至30℃，继续搅拌6-8h，离心收集样品；最后，将收集样品置于去离子水中，持续搅拌1-2h，取出反应液，去离子水洗涤3-5次，离心，冷冻干燥，即得富里酸改性石墨烯产品（fa-go）。c.取10-40份上述产品fa-go作为为防腐填料，加入到20-40份水和100-200份水性树脂的混合液中，在球磨机中分散1-2h，即得钢结构水性缓蚀涂料的母液；d.取25-50份水性固化剂与20-40份水混合均匀后再与水性环氧复合防腐涂料的母液按1:3-4的比例混合即得钢结构水性涂料。所述的一种钢结构水性涂料制备方法，步骤b中的富里酸溶液是由蒸馏水和乙醇按1:1比例为溶剂配成的富里酸浓度为0.1mol/l的溶液。所述的一种钢结构水性涂料制备方法，整个反应过程中搅拌速度为260-350r/min，冷冻干燥时间为10-15h。所述的一种钢结构水性涂料制备方法，步骤c中的水性环氧树脂为e44环氧乳液或e51环氧乳液。所述的一种钢结构水性涂料制备方法，步骤d中的水性固化剂为h228b或aq419。本发明的优点与效果是：1、本发明通过富里酸改性石墨烯，使石墨烯表面具有更多的亲水性基团，有利于石墨烯在水性基体中更好地分散，克服了因石墨烯团聚而造成了涂层防腐性能下降的问题。2、富里酸结构中含有大量酚羟基、羰基等基团，因而可与金属离子发生作用形成稳定络合物，涂装过程中阻止了腐蚀反应的进一步发生并增强了涂料与基材之间的附着力，从而提高了涂层的防腐性能，延长了涂料使用寿命。3、本发明将石墨烯的高阻隔性与富里酸的络合金属离子能力有效结合，既增加了石墨烯在水性基体中的阻隔效率，又使得防腐填料具有络合金属离子的能力。因此，填料在均匀分散于水性基体的同时与基材牢固的结合，使得防腐涂层尽可能的与被保护基材形成一体，从而增加了涂层与基体之间的附着力，延长了涂料的使用寿命。4、本发明产品所选材料均是绿色环保型，尤其是富里酸，环境友好且价格低廉，将其应用于水性涂料体系中，更有效地降低了voc排放量。附图说明图1为功能填料合成机理示意图。具体实施方式下面结合具体实施例进一步详细说明本发明。（1）富里酸的纯化：将一定量的富里酸置于三颈瓶中，加入适量的无水乙醇，开动搅拌器，升温至液体沸腾，移出液体过滤，所得滤液离心，冷冻干燥得纯化后富里酸（fa）。（2）富里酸改性石墨烯：将100ml还原石墨烯悬浮液（1.0g）置于三颈瓶中，开动搅拌器，分散0.5h。低温搅拌下向其中缓慢加入富里酸溶液，富里酸溶液滴加完成后缓慢升温至30℃，继续搅拌h，离心收集样品；最后，将收集样品置于去离子水中，持续搅拌2h，取出反应液，去离子水洗涤3次，离心，冷冻干燥，即得富里酸改性石墨烯产品（fa-go）。（3）取20份上述产品fa-go作为为防腐填料，加入到30份水和150份水性树脂的混合液中，在球磨机中分散2h，即得钢结构水性缓蚀涂料的母液；（4）取35份水性固化剂与30份水混合均匀后再与水性环氧复合防腐涂料的母液按1:4的比例混合即得钢结构水性缓蚀涂料。本发明人员为测试本发明产品钢结构水性涂层的性能，在喷涂样片过程中设计了三组试验进行对比，第一组为单独石墨烯加入水性环氧树脂中，高速分散，制备防腐涂层样片；第二组为石墨烯与富里酸机械共混，制备防腐涂层样片；第三组为添加本发明产品样片。为综合评价涂层的性能，本发明人员主要通过耐盐雾试验（700h）、电化学试验|z|f=0.1（3.5wt%nacl溶液浸泡360h，涂层低频阻抗值）、附着力测试以及耐冲击测试等方法方面对涂层进行测试，具体结果见表1。表1涂层性能测试结果表项目类别第一组第二组第三组盐雾试验（700h）严重腐蚀中等腐蚀无腐蚀斑点电化学试验|z|f=0.1/ω5.3×1054.5×1067.6×108附着力测试/mpa6.87.38.9耐冲击测试/cm404550由表1可知，无论是在腐蚀防护还是力学性能方面，本发明产品均优于另外两组产品。这主要是因为单独添加石墨烯或者采用与石墨烯共混的方式添加会造成石墨烯分布不均，发生聚集的情况，是涂层出现有缺陷的区域，从而无法较好的阻隔腐蚀粒子，造成涂层耐腐蚀性能下降；另外涂层中存在硬度集中区域，会是涂层在受外力冲击作用下因应力集中而发生应力开裂，因此涂层发生损坏。本发明产品中，富里酸的改性石墨烯后是时石墨烯表面增加了羟基、羧基等亲水性基团，使得石墨烯在水性基体中均匀分散，使得涂层具有较好防腐性能；另外，富里酸结构中含有大量酚羟基、羰基等基团，因而可与金属离子发生作用，阻止腐蚀反应的进一步发生并增强了涂料与基材之间的附着力，从而进一步提高了涂层的防腐性能，延长了涂料使用寿命。当前第1页12