一种添加石墨烯复合材料的防腐涂料及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于防腐涂料制备领域，尤其涉及一种添加了石墨烯/锌复合材料的防腐 涂料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 近些年来，随着国家的迅速发展、城市的高速建设，大量的金属材料被应用于基础 设施、能源、化工、建筑、交通等领域，随之而来的金属腐蚀情况也越来越严重，给人们的工 作、生活带来了诸多不便，给国民经济造成巨大损失。然而，传统防腐涂料存在对环境污染 大、防腐作用单一、防腐效果差等问题，使其已无法满足行业发展的需求，所以开发一种新 型高效防腐涂料势在必行。现有的一些石墨烯基防腐涂料中的防腐填料以纯石墨烯为主， 组分单一，只起到一定的阻隔作用，防腐性能提高不明显，因而限制了其使用范围。
【发明内容】
[0003] 为了克服【背景技术】中所存在的问题，本发明提供一种石墨烯/锌复合材料的防腐 涂料。以大比表面积的石墨烯作为载体，在其表面均匀负载锌粒子，一方面，石墨烯独特的 二维片层结构可以起到防腐阻隔的作用；另一方面，锌为活泼金属，可以对金属基体起到阴 极保护作用。本发明制备的防腐涂料防腐效果优异、对环境无害、工艺简单且易于工业化生 产。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明制备的防腐涂料由以下组分构成（按重量百分含量 计）：
[0005]聚氨酯20~90 %、石墨烯/锌复合材料5~15%、着色颜料1~10%、填料5~ 10%、分散剂0. 1~3%、润湿剂0. 1~3%、增稠剂0. 1~3%、流平剂0. 1~1%、消泡剂 0· 1~1%、杀菌剂0· 1~1%、水1~35%。
[0006] 其中，上述石墨烯/锌复合材料的制备方法为：
[0007] (1)将石墨烯粉末装入流化床反应器中，向反应器中通入氮气作为保护气体使料 层提高至床层的1/4至1/3之间，预加热至500~550°C，保温20~30min;
[0008] 作为优选，石墨烯的制备方法为：
[0009] 将鳞片石墨与高锰酸钾按质量比1:6混合均匀后，加入到含有NaN(V^浓硫酸 的反应器中，40°C搅拌反应2h，加入一定量的蒸馏水稀释后升温至99°C搅拌反应2. 5h，再 加入冰水和过氧化氢冷却至室温，离心、过滤、洗涤至中性后配成5mg/mL氧化石墨烯液， 150°C水热反应12h，离心、过滤、洗涤、烘干研磨至300目，制得石墨烯；
[0010] (2)提高反应器温度至650~700°C，将锌粉加入反应器中使其在高温下不断汽 化，变成锌蒸汽，锌粉的加入量为石墨烯粉末加入量的3~5倍，调整保护气体的流速使料 层提尚至床层的1/2左右；
[0011] (3)待锌粉完全汽化后，继续保温lh，期间不断降低温度至150~180°C，保温 20~30min后停止加热，继续通氮气直至物料冷却，将得到的物料经过砂磨粉碎至150~ 300目，制得石墨烯/锌复合材料。
[0012] 上述制备的石墨稀/锌复合材料中，通过锌蒸汽将锌负载于石墨稀上，不仅提高 了锌粒子的分散性，避免锌的团聚，而且有效地提高了电子在复合材料中的传递，从而提高 了阴极保护的效果。
[0013] 本发明还提供了一种上述石墨烯/锌复合材料防腐涂料的制备工艺：
[0014] 将石墨烯/锌复合材料、聚氨酯、填料、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂、杀菌剂和 水搅拌10~20min，混合均匀后，再加入着色颜料和流平剂搅拌均匀，即制得含有石墨烯/ 锌复合材料的防腐涂料。
[0015] 本发明的有益效果在于：本发明制得的石墨烯/锌复合材料的防腐涂料可以起 到物理防腐和化学防腐双重功效，防腐性能优异，使用范围广泛，同时制成的涂料漆膜强度 高，附着力好且不易开裂。其中包含的石墨烯具有较大的比表面积和独特的二维片层结构， 作为载体可以使负载的锌均匀分散，不发生团聚，提高锌的接触面积，同时它的存在大大增 加了漆膜的硬度和耐冲击力，提升了涂层的机械强度；活泼金属锌的加入可以有效的抑制 基体的腐蚀，补足物理防腐的不足；同时两者都具有优异的电子传递能力，二者结合在可以 起到协同作用。
【具体实施方式】
[0016] 以下各实施例、对比例中所采用的原料品种具体为：
[0017] 聚氨酯（PU806,泰兴市中纺助剂厂）；分散剂（TDA，常州光辉化工有限公司）；润 湿剂（LCN-088,常州光辉化工有限公司）；增稠剂（N0,常州光辉化工有限公司）；杀菌剂 (防腐杀菌剂，南通市晗泰化工有限公司）；流平剂（K7312,广州市万成环保科技有限公 司）；消泡剂（HX-5041，广州市华夏奔腾实业有限公司）；着色颜料（钛白粉，常州纳欧新材 料科技有限公司）；填料（云母粉，河北灵寿县旭阳矿业有限公司）。
[0018] 实施例1
[0019] 按以下质量百分数配比各组分：
[0020] :聚氨廳 4.5? 石墨婦/锌复合材料 1:0%_ 着色颜料 3% 填料 5% 分散剂 0.6% 润湿剂 0.6% 增稠剂 0.8%: 杀菌剂 0.5% 痛平義 0.3% 消泡剂 0.3% 永 余量
[0021] (1)将300g石墨烯粉末装入流化床反应器中，向反应器中通入氮气作为保护气体 使料层提高至床层的1/4,预加热至500°C，保温20min;
[0022] (2)提高反应器温度至650°C，将锌粉加入反应器中使其在高温下不断汽化，变成 锌蒸汽，锌粉的加入量为石墨烯粉末加入量的3倍，调整保护气体的流速使料层提高至床 层的1/2 ;
[0023] (3)待锌粉完全汽化后，继续反应lh，期间匀速降温至150°C，保温30min后停止加 热，继续通氮气直至物料冷却。反应后得到的物料经过砂磨粉碎至200目，制得石墨烯/锌 复合材料；
[0024] (4)将石墨烯/锌复合材料、聚氨酯、填料、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂、杀菌 剂和水搅拌l〇min，混合均匀后，再加入着色颜料和流平剂搅拌均匀，即制得石墨烯/锌复 合材料的防腐涂料。
[0025] 实施例2
[0026] 按以下质量百分数配比各组分：
[0027] 聚氨酯 50% 石墨烯/锌复合材料 11% 着色颜料 填料 7% 分散剂 0.7%
[0028] 润湿剂 OJ% 増稠剂 0,8% 杀菌剂 0.5% 流平剂 0.4% 消泡剂 0.4% 水 余量
[0029] (1)将300g的石墨烯粉末装入流化床反应器中，向反应器中通入氮气作为保护气 体使料层提高至床层的1/3,预加热至500°C，保温30min;
[0030] (2)提高反应器温度至650°C，将锌粉加入反应器中使其在高温下不断汽化，变成 锌蒸汽，锌粉的加入量为石墨烯粉末加入量的3. 5倍，调整保护气体的流速使料层提高至 床层的1/2 ;
[0031] (3)待锌粉完全汽化后，继续反应lh，期间匀速降温至160°C，保温20min后停止加 热，继续通氮气直至物料冷却。反应后得到的物料经过砂磨粉碎至250目，制得石墨烯/锌 复合材料；
[0032] (4)将石墨烯/锌复合材料、聚氨酯、填料、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂、杀菌 剂和水搅拌20min，混合均匀后，再加入着色颜料和流平剂搅拌均匀，即制得石墨烯/锌复 合材料的防腐涂料。
[0033] 实施例3
[0034] 按以下质量百分数配比各组分：
[0035] 聚氦酯 55% 石墨烯/锌复合材料 12% 着色颜料 5% 填料 6%: 分散剂 0.7? 润湿剂 0.7% 增稠剂 0.7% 杀菌剂 β.5:% 流平剂 0.3% 消泡剂 0.3%
[0036] Μ 余量
[0037] (1)将300g的石墨烯粉末装入流化床反应器中，向反应器中通入氮气作为保护气 体使料层提高至床层的1/3,预加热至550°C，保温20min;
[0038] (2)提高反应器温度至700°C，将锌粉加入反应器中使其在高温下不断汽化，变成 锌蒸汽，锌粉的加入量为石墨烯粉末加入量的4倍，调整保护气体的流速使料层提高至床 层的1/2 ;
[0039](3)待锌粉完全汽化后，继续反应lh，期间匀速降温至160°C，保温30min后停止加 热，继续通氮气直至物料冷却。反应后得到的物料经过砂磨粉碎至300目，制得石墨烯/锌 复合材料；
[0040] (4)将石墨烯/锌复合材料、聚氨酯、填料、分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂、杀菌 剂和水搅拌15min，混合均匀后，再加入着色颜料和流平剂搅拌均匀，即制得石墨烯/锌复 合材料的防腐涂料。
[0041] 实施例4
[0042] 按以下质量百分数配比各组分：
[0043] 聚氨酯 45% 石墨烯/锌复合材料 13%: 着色颜料 :5% 填料 10% 分散剂 0.8% 润湿剂 0.8% 増稠剂 1% 杀菌剂 0.6% 流平剂 0.4% 消泡剂 0.4% 求 余量