水性环氧石墨烯锌防腐涂料、其制备方法及应用与流程

本发明涉及一种防腐涂料，尤其涉及一种水性环氧石墨烯锌防腐涂料、其制备方法及应用。

背景技术：

海洋环境是苛刻的腐蚀环境，在海洋环境中服役的各种钢结构(如集装箱，海洋平台，港口码头等)，若不采用有效的防护手段，在短时间内就会发生腐蚀而造成破坏带来严重的后果。我国海工装备防腐涂料基本以溶剂型涂料为主，在制备和施工过程中，涂料中大量的挥发性有机溶剂(voc)不仅严重污染了环境和危害了人类健康，同时还对资源造成极大浪费，与低碳经济发展需求背道而驰。因此，开展低voc水性防腐涂料的研究，契合了国家绿色环保产业发展理念，对促进企业技术转型发展和我国环保性涂料产业的可持续发展具有重大意义。

环氧富锌涂料是应用最广泛的防腐涂料之一，它的保护机理包括两方面：首先是阴极保护，由于锌的电极电位比铁低，锌粉会被优先腐蚀，从而对钢基体起到保护作用；另一方面是屏蔽阻隔，锌腐蚀会生成极难溶的锌盐及锌的配合物，这些稳定的化合物沉积在涂层表面，阻止了腐蚀介质渗透到基体表面。增加锌粉含量有助于改善富锌涂层的耐盐水、耐盐雾腐蚀性能，但是锌粉含量过高会引起涂层的附着力变差、抗冲击性和耐磨性降低、成本升高等问题。另外，锌粉含量过高会导致富锌漆中锌粉沉降严重，在进行切割等工艺时会产生较多的氧化锌烟尘，危害人体健康。因此富锌涂料正朝着低锌含量的方向发展，关键是在不影响涂层防腐性能的情况下减少锌粉的含量。

针对以上问题，有必要提供一种新型水性环氧石墨烯锌防腐涂料。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种水性环氧石墨烯锌防腐涂料、其制备方法及应用，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种水性环氧石墨烯锌防腐涂料，包括组分一和组分二；

其中，所述组分一包括按照重量份计算的如下组分：水性环氧树脂固化剂5-10份、分散剂0.5-1份、防沉剂1-3份、成膜助剂1-3份、体质颜料10-15份、锌粉42-65份及石墨烯分散浆料4.5-5份；

所述组分二包括按照重量份计算的如下组分：水性环氧乳液30-40份、防闪锈剂1-2份、水5-15份及消泡剂0.2-0.8份。

本发明实施例还提供所述的水性环氧石墨烯锌防腐涂料的制备方法，包括：

将水性环氧树脂固化剂、分散剂、防沉剂和成膜助剂混合，形成混合物，再将石墨烯分散浆料、体质颜料和锌粉与所述混合物混合，得到组分一；

将水性环氧乳液、防闪锈剂、水及消泡剂混合，得到组分二；

将所得组分一与组分二均匀混合，形成所述水性环氧石墨烯锌防腐涂料。

本发明实施例还提供一种由所述水性环氧石墨烯锌防腐涂料形成的涂层。

本发明实施例还提供所述水性环氧石墨烯锌防腐涂料于碳钢或镀锌钢防腐处理中的用途。

本发明实施例还提供一种碳钢或镀锌钢防护方法，包括：在碳钢或镀锌钢基材表面涂覆所述水性环氧石墨烯锌防腐涂料，并使所述防腐涂料固化成膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

(1)超细锌粉与普通粒径锌粉的合理搭配能有效填充锌粉之间的间隙，提升涂层致密性，提高对腐蚀介质的屏蔽作用，增加锌粉的导电通路，提高锌粉利用率，改善锌粉涂层的阴极保护性能，提升锌粉涂层的耐盐水、耐盐雾腐蚀性能。

(2)石墨烯是一种优异的二维导电材料，与锌粉协同作用可以增加锌粉的导电通路，提高锌粉利用率，能显著改善锌粉涂层的阴极保护性能，能在不影响涂层防腐性能的情况下减少锌粉的含量，提高涂层附着力、抗冲击性、耐磨性，降低成本；石墨烯是目前公认的最薄屏蔽材料，能延长腐蚀介质在涂层中的扩散路径，有效阻隔腐蚀介质的渗透。本发明水性环氧石墨烯锌防腐涂料中各重量份组分相配合，可以大幅提升涂层防腐性能。

(3)本发明的水性环氧石墨烯锌防腐涂料易于制备、性能优异，在海工装备防腐领域具有广泛应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例4中碳钢试样进行盐雾0小时的图片；

图2是本发明实施例4中碳钢试样进行盐雾1200小时后的图片。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本发明实施例提供的一种水性环氧石墨烯锌防腐涂料，包括组分一和组分二；

其中，所述组分一包括按照重量份计算的如下组分：水性环氧树脂固化剂5-10份、分散剂0.5-1份、防沉剂1-3份、成膜助剂1-3份、体质颜料10-15份、锌粉42-65份及石墨烯分散浆料4.5-5份；

所述组分二包括按照重量份计算的如下组分：水性环氧乳液30-40份、防闪锈剂1-2份、水5-15份及消泡剂0.2-0.8份。

在一些实施方案中，所述锌粉包括40-55重量份普通锌粉和2-10重量份超细锌粉。

在一些实施方案中，所述普通锌粉的粒径为18-25微米(500-800目)，所述超细锌粉的粒径为0.5-1微米。

在前述实施方案中，超细锌粉与普通粒径锌粉的合理搭配能有效填充锌粉之间的间隙，提升涂层致密性，增加锌粉的导电通路，提高锌粉利用率。

在一些实施方案中，所述防沉剂包括气相二氧化硅、聚酰胺蜡和膨润土中的任意一种或两种以上的组合。

在一些实施方案中，所述成膜助剂包括丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚中的任意一种或两种以上的组合。

在一些实施方案中，所述体质颜料包括滑石粉、云母粉和沉淀硫酸钡中的任意一种或两种以上的组合。

在一些实施方案中，所述石墨烯分散浆料中的分散溶液包括乙醇、丁基乙二醇乙酸酯和丙二醇甲醚中的任意一种或两种以上的组合。

石墨烯粉体加入分散溶液后经超声分散后得到石墨烯分散浆料，石墨烯的加入不仅可以显著改善富锌涂层的阴极保护性能，也能起到较好的屏蔽作用，可以减少腐蚀介质在涂层中的渗透。

进一步的，防锈剂优选为1.5份，消泡剂优选为0.5份。

其中，水性环氧树脂固化剂及水性环氧乳液可以购自美国瀚森化工公司，分散剂可以购自美国湛新。石墨烯分散浆料中石墨烯粉体可以购自宁波墨西科技有限公司。超细锌粉购自北京德科岛金科技有限公司。

本发明实施例还提供所述的水性环氧石墨烯锌防腐涂料的制备方法，包括：

将水性环氧树脂固化剂、分散剂、防沉剂和成膜助剂混合，形成混合物，再将石墨烯分散浆料、体质颜料和锌粉与所述混合物混合，得到组分一；

将水性环氧乳液、防闪锈剂、水及消泡剂混合，得到组分二；

将所得组分一与组分二均匀混合，形成所述水性环氧石墨烯锌防腐涂料。

在一些实施方案中，组分一的制备具体包括：将水性环氧树脂固化剂、分散剂、防沉剂和成膜助剂混合，转速400-600r/min分散5-10min，形成混合物，再将石墨烯分散浆料加入混合物中，转速800-1000r/min分散5-10min，之后加入体质颜料和锌粉，转速1000-2000r/min分散20-30min，得到组分一。

在一些实施方案中，还包括：将所得组分一与组分二均匀混合，加入水作为稀料，检测细度≤40μm，形成所述水性环氧石墨烯锌防腐涂料。

在一些具体的实施方案中，水性环氧石墨烯锌防腐涂料的制备方法包括：

将水性环氧树脂固化剂投入反应釜中，依次加入分散剂、防沉剂和成膜助剂，转速400-600r/min分散5min；将石墨烯分散浆料加入混合物中，转速800-1000r/min分散5min；随后加入填料和混合锌粉，转速1000-2000r/min分散20min，得到组分一。组分二为水性环氧乳液、防闪锈剂、消泡剂和水的混合物，将所得组分一与组分二混合均匀，加入适量水作为稀料，检测细度达到≤40μm，形成所述水性环氧石墨烯锌防腐涂料。

本发明实施例还提供一种由所述水性环氧石墨烯锌防腐涂料形成的涂层。

本发明实施例还提供所述水性环氧石墨烯锌防腐涂料于碳钢或镀锌钢防腐处理中的用途。

本发明实施例还提供一种碳钢或镀锌钢防护方法，包括：在碳钢或镀锌钢基材表面涂覆所述水性环氧石墨烯锌防腐涂料，并使所述防腐涂料固化成膜。

本发明提供的水性环氧石墨烯锌防腐涂料及其制备方法，通过引入石墨烯导电分散浆料，合理配制锌粉粒径大小比例，优化锌粉间导电网络，提高锌粉利用率，显著改善涂层的阴极保护性能，为海工装备等提供长效防腐保护。

下面结合若干优选实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下实施例中采用的实施条件可以根据实际需要而做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例1：

将5份水性环氧固化剂、0.5份分散剂、0.5份气相二氧化硅、0.25份聚酰胺蜡、0.25份膨润土、1份丙二醇甲醚依次投入的金属罐中，于400-600r/min搅拌分散约10min，得到涂料半成品；

将0.2份石墨烯、2.3份丁基乙二醇乙酸酯、2份丙二醇甲醚，搅拌混合均匀后，再超声分散2h，得到石墨烯分散浆料；

将4.5份上述石墨烯分散浆料在800-1000r/min搅拌分散约5min，加入前述涂料半成品中，再依次加入2.5份滑石粉，2.5份云母粉，5份沉淀硫酸钡，40份普通锌粉和2份超细锌粉，转速1000-2000r/min搅拌分散约20min，即可得到水性环氧石墨烯锌防腐涂料产品的甲组分部分；

将30份水性环氧乳液加入1份防闪锈剂，5份水，0.2份消泡剂，均匀搅拌后即可得到水性环氧石墨烯锌防腐涂料产品的乙组分部分；

将所得甲组分与乙组分混合，搅拌均匀，即可得到水性环氧石墨烯锌防腐涂料。

由其形成的涂层的附着力、抗冲击性、耐盐雾性能见表1。

实施例2：

将10份水性环氧固化剂、1份分散剂、1.5份气相二氧化硅、0.75份聚酰胺蜡、0.75份膨润土、3份丙二醇甲醚依次投入的金属罐中，于400-600r/min搅拌分散约10min，得到涂料半成品；

将0.7份石墨烯、2.3份丁基乙二醇乙酸酯、2份丙二醇甲醚，搅拌混合均匀后，再超声分散2h，得到石墨烯分散浆料；

将5份上述石墨烯分散浆料在800-1000r/min搅拌分散约10min，加入前述涂料半成品中，再依次加入2.5份滑石粉，2.5份云母粉，10份沉淀硫酸钡，55份普通锌粉和10份超细锌粉，转速1000-2000r/min搅拌分散约20min，即可得到水性环氧石墨烯锌防腐涂料产品的甲组分部分；

将40份水性环氧乳液加入2份防闪锈剂，15份水，0.8份消泡剂，均匀搅拌后即可得到水性环氧石墨烯锌防腐涂料产品的乙组分部分；

将所得甲组分与乙组分混合，搅拌均匀，即可得到水性环氧石墨烯锌防腐涂料。

由其形成的涂层的附着力、抗冲击性、耐盐雾性能见表1。

实施例3：

将7.5份水性环氧固化剂、0.75份分散剂、1份气相二氧化硅、0.5份聚酰胺蜡、0.5份膨润土、2份丙二醇甲醚依次投入的金属罐中，于400-600r/min搅拌分散约10min，得到涂料半成品；

将0.45份石墨烯、2.3份丁基乙二醇乙酸酯、2份丙二醇甲醚，搅拌混合均匀后，再超声分散2h，得到石墨烯分散浆料；

将4.75份上述石墨烯分散浆料在800-1000r/min搅拌分散约8min，加入前述涂料半成品中，再依次加入2.5份滑石粉，2.5份云母粉，7.5份沉淀硫酸钡，45.5份普通锌粉和6份超细锌粉，转速1000-2000r/min搅拌分散约20min，即可得到水性环氧石墨烯锌防腐涂料产品的甲组分部分；

将35份水性环氧乳液加入1.5份防闪锈剂，10份水，0.5份消泡剂，均匀搅拌后即可得到水性环氧石墨烯锌防腐涂料产品的乙组分部分；

将所得甲组分与乙组分混合，搅拌均匀，即可得到水性环氧石墨烯锌防腐涂料。

由其形成的涂层的附着力、抗冲击性、耐盐雾性能见表1。

实施例4：

将7份水性环氧固化剂、0.6份分散剂、1.2份气相二氧化硅、0.6份聚酰胺蜡、0.6份膨润土、2.5份丙二醇甲醚依次投入的金属罐中，于400-600r/min搅拌分散约5min，得到涂料半成品；

将0.5份石墨烯、2.3份丁基乙二醇乙酸酯、2份丙二醇甲醚，搅拌混合均匀后，再超声分散2h，得到石墨烯分散浆料；

将4.8份上述石墨烯分散浆料在800-1000r/min搅拌分散约8min，加入前述涂料半成品中，再依次加入2.5份滑石粉，2.5份云母粉，8份沉淀硫酸钡，52份普通锌粉和8份超细锌粉，转速1000-2000r/min搅拌分散约30min，即可得到水性环氧石墨烯锌防腐涂料产品的甲组分部分；

将38份水性环氧乳液加入1.5份防闪锈剂，10份水，0.5份消泡剂，均匀搅拌后即可得到水性环氧石墨烯锌防腐涂料产品的乙组分部分；

将所得甲组分与乙组分混合，搅拌均匀，加入水作为稀料，检测细度≤40μm，即可得到水性环氧石墨烯锌防腐涂料。

由其形成的涂层的附着力、抗冲击性、耐盐雾性能见表1。将涂覆好的碳钢试样进行盐雾实验，盐雾0小时的图片见图1，盐雾1200小时后的图片见图2(其中2#、3#、4#为划痕样品，1#为不划痕样品)。

实施例1-4中，所选用的普通锌粉的粒径为18-25微米，超细锌粉的粒径为0.5-1微米。

对比例1

对比例1与实施例4的区别在于，防腐涂料中不添加石墨烯分散浆料和超细锌粉，改为添加体质填料，其余与实施例4相同，即可得到水性环氧锌粉防腐涂料产品。

实施例1-4和对比例1制备的水性环氧防腐涂料形成的涂层的附着力、抗冲击性、耐盐雾性能见表1。

表1.实施例1-4和对比例1制备的水性环氧防腐涂料的检测性能

由表1可看出，对比例1制备的水性环氧防腐涂料形成的涂层，耐盐雾性能较差，且附着力、抗冲击性也相对较差。

本发明提供的水性环氧石墨烯锌防腐涂料及其制备方法，显著改善了涂层的阴极保护性能，可以提供长效的防腐保护。

此外，本案发明人还利用前文所列出的其它原料以及其它工艺条件等替代实施例1-4中的各种原料及相应工艺条件进行了相应试验，所需要验证的内容和与实施例1-4产品均接近。故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明，仅以实施例1-4作为代表说明本发明申请优异之处。

应当理解，以上所述的仅是本发明的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。