一种含有氧化石墨烯的水性环氧防腐涂料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种含有氧化石墨烯的水性环氧防腐涂料，按质量百分比由如下的物质组成：水性环氧树脂为40～50％，防腐颜料为7～10％，疏水剂为3～4％，氧化石墨烯为1～2％，填料为4～5％，去离子水为33～35％，防闪锈剂为1～1.5％，水性环氧固化剂为1～2％。本发明还公开了一种含有氧化石墨烯的环氧防腐涂料的制备方法，通过经表面处理的氧化石墨烯来提高环氧防腐涂料的耐磨性、降低摩擦系数，同时提高水性环氧防腐涂料的耐腐蚀性能。本发明的防腐涂料制备简单、原料来源广泛，大大降低了生产成本。
【专利说明】
一种含有氧化石墨烯的水性环氧防腐涂料及其制备方法
技术领域：
[0001] 本发明属于化工防腐涂料领域，具体涉及一种含有氧化石墨烯的水性环氧防腐涂 料及其制备方法。
【背景技术】：
[0002] 当今世界环境问题越来越严重，涂料的加工和生产过程中释放出大量的有害物质 会造成环境污染和损害施工人员的身体健康。为了控制污染和保护施工人员的健康，我国 制定一系列措施限制高V0C涂料的使用。所以环保型防腐涂料成为涂料发展的重点。在众多 环保型涂料中，水性涂料是发展的重要方向。然而当前水性涂料还存在一些技术性的问题， 所以改善水性涂料的防腐性已成为环保涂料发展中的重点。
[0003] 从事涂料研发和制备的技术人员都知道，环氧树脂分子链上含有环氧基团，能够 开环形成一种三维网状的聚合物。环氧树脂具有有力的机械、力学、热学性能，高黏结性，优 异的防腐蚀性能的树脂，环氧树脂涂层是一种可以替代高V0C涂料的环保型涂层。
[0004] 水性环氧涂层是高性能防腐涂料的最佳成膜物质，然而由于水性环氧是以乳液分 散状态，在成膜的过程与溶剂不同，会在膜表面形成孔，从而使耐水性降低。所以，必须提高 对水性环氧涂层的耐水性能。
[0005] 石墨烯仅有一个碳原子厚度，具有表面积高、力学性能优异、良好的化学稳定性， 若将石墨烯加入到水性环氧涂料中可以很好地解决水性环氧涂层摩擦系数高、磨损率大等 问题，还可以增强水性环氧涂层的防腐能力。
[0006] 氧化石墨烯是氧化还原反应制备石墨烯过程中所得的一种类石墨烯的物质，氧化 石墨烯共辄的片层结构在涂层中可形成致密的保护膜，防止水分子对涂层的渗透，同时可 以阻止Fe转变为Fe3+，防止生成铁锈。与石墨烯相比，氧化石墨烯具有含氧官能团的存在，其 造成氧化石墨烯的疏水性能不够好，所以必须对其进行表面修饰。通过氨基硅烷偶联剂对 氧化石墨烯进行表面修饰。氨基硅烷偶联剂中独特的氨基可以与氧化石墨烯中含氧官能团 发生反应，接枝到氧化石墨稀中，从而提尚氧化石墨稀的疏水性和其与环氧树脂的未和力， 减少团聚，改善其分散状态，提高疏水性。
[0007] 基于以上所述，本发明的一种含有氧化石墨烯的水性环氧防腐涂料，通过使用经 氨基硅烷偶联剂修饰的氧化石墨烯，其与环氧树脂有较好的亲和力和较强的疏水性，有效 改善了水性环氧涂料摩擦系数高、磨损率大的缺点，并且使水性环氧防腐涂料具有良好的 耐温性、耐腐蚀性。
【发明内容】
：
[0008] 本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提供了一种含有氧化石墨烯的水 性环氧涂料。
[0009] 本发明通过选用经氨基硅烷偶联剂修饰过的氧化石墨烯，利用氧化石墨烯所特的 表面含氧官能团，将氨基硅烷偶联剂接枝到氧化石墨烯分子层表面，使其与环氧树脂具有 更好的亲和力，氧化石墨烯本身可以形成致密的保护层，更能与环氧树脂反应交联，获得很 好的涂层密度，有效隔绝氧气和水分子的进入。而且可以起到电化学防腐的功能，防止铁锈 生产。并且氧化石墨烯具有石墨烯特有的机械性能、物理性能，可以改善水性环氧涂层的一 些缺陷，所得的涂料具有很好的防腐性能的同时，具有很好的机械性能和物理性能。
[0010] 本发明有效改善了环氧树脂涂料摩擦系数高、易磨损的问题，与此同时，更提高了 环氧树脂涂料防腐性能和耐温性。
[0011] 为达到上述目标，本发明采用的技术方案是：
[0012] 一种含有氧化石墨烯的水性环氧防腐涂料，按质量百分比由水性环氧树脂为40~ 50%，防腐颜料为7~10%，疏水剂为3~4%，氧化石墨烯为1~2%，填料为4~5%，去离子 水为33~35 %，防闪锈剂为1~1.5%，水性环氧固化剂为1~2 %组成;其中所述的水性环氧 固化剂的分子结构特征为：
[0013] Λ
八
[0014]其中，R为烷基，为1 -4碳原子，X为羧基或羟基。
[0015]上述所述的疏水剂结构式为：
[0016]
12345 上述所述的防腐颜料为磷酸盐或钼酸盐，或磷酸锌和磷酸铝的混合物，其混合质 量比为:磷酸锌:磷酸错=1.5:1。 2 上述所述的氧化石墨烯是经氨基硅烷偶联剂改性的氧化石墨烯;所述的氨基硅烷 偶联剂的分子结构为： 3
[0019]
4 其中，R为烷基，为1-10碳原子。 5 上述所述的防闪锈剂为含硝基的苯环化合物，其结构式为：
[0022]
[0023]
[0024] 上述所述的填料为重钙、硅灰石粉、云母、滑石粉、高岭土、白云石中的一种或多种 任意质量比的组合物。
[0025] -种含有氧化石墨烯的水性环氧防腐涂料的制备方法，包括如下步骤：
[0026] 1、按质量百分比将配比组分中的水性环氧树脂、防腐颜料、疏水剂、填料、防闪锈 剂、水、氧化石墨烯进行混合，搅拌均匀，得到A组分料浆，室温放置，备用；
[0027] 2、按质量百分比称取配比组分中的水性环氧固化剂，作为B组分，室温密封保存。
[0028] -种含有防氧化石墨烯的水性环氧防腐涂料的使用方法，步骤是：
[0029] 使用时，将制备方法步骤（1)得到的A组分和步骤(2)得到的B组分进行混合，搅拌 均匀，然后涂装，在30°C下固化lh后再在120°C下养护lh即可。
[0030] 本发明与现有技术相比，所具有的特点和有益效果主要是：
[0031] 1、使用氨基硅烷偶联剂改性过的氧化石墨烯来改善水性环氧防腐涂料的性能。
[0032] 2、所制备的水性环氧涂料具有较好的耐磨性、防腐性、耐温性能。
[0033] 3、加入含硝基的苯环化合物，有效的防止了水性涂料闪锈的问题。
[0034] 4、操作简单、原料易得、大大降低了涂料的生产成本。
【具体实施方式】：
[0035]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明而不用 于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以 对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所依附权利要求书所限定的范 围。
[0036] 实施例1 [0037] 一、组合物的配方
[0038] 1、按质量比分别配制防腐颜料、填料的混合物。
[0039] 2、按质量百分比配制组合物各组分含量： 水性环氧树脂 43%:， 防腐颜料 10%, 疏水剂 3%， 氧化石墨烯 2%，
[0040] 填料 5%， 去离子水 35%， 防闪锈剂 水性环氧固化剂 1%。
[0041] 二、制备和使用方法
[0042] 1、制备A组分:按照质量百分比将配比组分中的水性环氧树脂、防腐颜料、疏水剂、 填料、防闪锈剂、水、氧化石墨烯进行混合，搅拌均匀，得到A组分料浆，室温放置。
[0043] 2、制备B组分:按照质量百分比称取配比组分中的水性环氧固化剂，作为B组分，室 温密封保存。
[0044] 3、使用时，将A组分和B组分进行混合，搅拌均匀，然后涂装，在30°C下固化lh后再 在120°C下养护lh即可。
[0045] 三、有益效果
[0046]本实施例所得组合物涂覆于冷乳钢板上，经实验和检测，涂层耐盐雾实验可达 51 Oh出现少量腐蚀病灶，附着力2级，涂层耐温可达310 °C，摩擦系数为0.5176。
[0047] 实施例2 [0048] 一、组合物的配方
[0049] 1、按质量比分别配制防腐颜料、填料的混合物。
[0050] 2、按质量百分比配制组合物各组分含量： 水性环氧树脂 44%, 防腐颜料 9%， 疏水剂 3%， 氧化石墨烯 2:%，
[0051] 填料 4.5%, 去离子水 35%, 防闪锈剂 1.5%, 水性环氧固化剂 1%。
[0052]二、制备和使用方法同实施例1 [0053] 三、有益效果
[0054]本实施例所得组合物涂覆于冷乳钢板上，经实验和检测，涂层耐盐雾实验可达 620h出现少量腐蚀病灶，附着力1级，涂层耐温可达400°C，摩擦系数为0.5166。
[0055] 实施例3
[0056] 一、组合物的配方
[0057] 1、按质量比分别配制防腐颜料、填料的混合物。
[0058] 2、按质量百分比配制组合物各组分含量： 水性环氧树脂 44.5%, 防腐颜料 8,5%，
[0059] 疏水剂 3%:, 氧化石墨烯 1.5%, 填料 4.:5%， 去离子水 35%,
[0060] 防闪锈剂 1.5%， 水性环氧固化剂 1.5%。
[0061] 二、制备和使用方法同实施例1
[0062] 三、有益效果
[0063] 本实施例所得组合物涂覆于冷乳钢板上，经实验和检测，涂层耐盐雾实验可达 650h出现少量腐蚀病灶，附着力1级，涂层耐温可达420°C，摩擦系数为0.5168。
[0064] 实施例4
[0065] 一、组合物的配方
[0066] 1、按质量比分别配制防腐颜料、填料的混合物。
[0067] 2、按质量百分比配制组合物各组分含量： 水性环氧树脂 43.5%'， 防腐颜料 9.5%， 疏水剂 3%， 氧化石墨嫌 1 % ?
[0068] 填料 4.5%， 去离子水 35%， 防闪锈剂 1.5%， 水性环氧固化剂 2%?
[0069]二、制备和使用方法同实施例1
[0070] 三、有益效果
[0071] 本实施例所得组合物涂覆于冷乳钢板上，经实验和检测，涂层耐盐雾实验可达 670h出现少量腐蚀病灶，附着力1级，涂层耐温可达450°C，摩擦系数为0.5208。
[0072] 实施例5
[0073] 一、组合物的配方
[0074] 1、按质量比分别配制防腐颜料、填料的混合物。
[0075] 2、按质量百分比配制组合物各组分含量： 水性环氧树脂 45%， 防腐颜料 9%:， 疏水剂 3%, 氧化石墨烯 1%，
[0076] 填料 4.5%, 去离子水 34%:， 防闪锈剂 1.5%， 水性环氧固化剂 2%。
[0077]二、制备和使用方法同实施例1 [0078] 三、有益效果
[0079] 本实施例所得组合物涂覆于冷乳钢板上，经实验和检测，涂层耐盐雾实验可达 850h出现少量腐蚀病灶，附着力1级，涂层耐温可达500°C，摩擦系数为0.5188。
[0080] 实施例6
[0081 ] 一、组合物的配方
[0082] 1、按质量比分别配制防腐颜料、填料的混合物。
[0083] 2、按质量百分比配制组合物各组分含量： 水性环氧树脂 45%, 防腐颜料 8%, 疏水剂 4叫 氧化石墨烯 2%，：
[0084] 填料 4.5%, 去离子水 33%, 防闪锈剂 U%， 水性环氧固化剂 2%?
[0085]二、制备和使用方法同实施例1 [0086] 三、有益效果
[0087] 本实施例所得组合物涂覆于冷乳钢板上，经实验和检测，涂层耐盐雾实验可达 1000h出现少量腐蚀病灶，附着力1级，涂层耐温可达600°C，摩擦系数为0.5128。
[0088] 实施例7
[0089] 一、组合物的配方
[0090] 1、按质量比分别配制防腐颜料、填料的混合物。
[0091] 2、按质量百分比配制组合物各组分含量： 水性环氧:树脂 45.5%, 防腐颜料 7.5%， 疏水剂 4%， 氧化石墨烯 2%,
[0092] 填料 4.5%, 去离子水 _33%.r 防闪锈剂 1.5%， 水性环氧固化剂 2%。
[0093]二、制备和使用方法同实施例1 [0094] 三、有益效果
[0095] 本实施例所得组合物涂覆于冷乳钢板上，经实验和检测，涂层耐盐雾实验可达 900h出现少量腐蚀病灶，附着力1级，涂层耐温可达600°C，摩擦系数为0.5118。
[0096] 实施例8
[0097] 一、组合物的配方
[0098] 1、按质量比分别配制防腐颜料、填料的混合物。
[0099] 2、按质量百分比配制组合物各组分含量： 水性环氧树脂 45.5°/?, 防腐颜料 7.5%，
[0100] 疏水剂 4%, 氧化石墨烯： ：2%、， 填料 4.5%， 去离子水 33%，
[0101] 防闪锈剂 1.5%， 水性环氧固化剂 2%。
[0102] 二、制备和使用方法同实施例1
[0103] 三、有益效果
[0104] 本实施例所得组合物涂覆于冷乳钢板上，经实验和检测，涂层耐盐雾实验可达 900h出现少量腐蚀病灶，附着力1级，涂层耐温可达550°C，摩擦系数为0.5178。
[0105] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来 说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为 本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种含有氧化石墨締的水性环氧防腐涂料，其特征在于，按质量百分比由水性环氧 树脂为40~50 %，防腐颜料为7~10 %，疏水剂为3~4%，氧化石墨締为1~2 %，填料为4~ 5%，去离子水为33~35%，防闪诱剂为1~1.5%，水性环氧固化剂为1~2%组成;其中所述 的水性环氧固化剂的分子结构特征为：其中，R为烷基，为1-4碳原子，X为簇基或径基。2. 根据权利要求1所述的一种含有氧化石墨締的水性环氧防腐涂料，其特征在于，所述 的疏水剂结构式为：n=l ~5。3. 根据权利要求1所述的一种含有氧化石墨締的水性环氧防腐涂料，其特征在于，所述 的防腐颜料为憐酸盐或钢酸盐，或憐酸锋和憐酸侣的混合物，其混合质量比为:憐酸锋:憐 酸侣=1.5:1。4. 根据权利要求1所述的一种含有氧化石墨締的水性环氧防腐涂料，其特征在于，所述 的氧化石墨締是经氨基硅烷偶联剂改性的氧化石墨締;所述的氨基硅烷偶联剂的分子结构 为：其中，R为烷基，为1-10碳原子。5. 根据权利要求1所述的一种含有氧化石墨締的水性环氧防腐涂料，其特征在于，所述 的防闪诱剂为含硝基的苯环化合物，其结构式为：其中R为Η或C广Cio。6. 根据权利要求1所述的一种含有氧化石墨締的水性环氧防腐涂料，其特征在于，所述 的填料为重巧、娃灰石粉、云母、滑石粉、高岭上、白云石中的一种或多种任意质量比的组合 物。7. -种根据权利要求1所述的含有氧化石墨締的水性环氧防腐涂料的制备方法，其特 征在于包括如下步骤： (1) 按质量百分比将配比组分中的水性环氧树脂、防腐颜料、疏水剂、填料、防闪诱剂、 水、氧化石墨締进行混合，揽拌均匀，得到A组分料浆，室溫放置，备用； (2) 按质量百分比称取配比组分中的水性环氧固化剂，作为B组分，室溫密封保存； (3) 使用时，将步骤（1)得到的A组分和步骤(2)得到的B组分进行混合，揽拌均匀，然后 涂装，在30°C下固化化后再在120°C下养护化即可。
【文档编号】C09D5/08GK105838195SQ201610319677
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】高延敏, 左银泽, 陈亮, 周建军
【申请人】江苏科技大学