一种石墨烯改性包覆锌粉、防腐涂料及其制备方法和应用

本发明涉及防腐涂料制备，特别是涉及一种石墨烯改性包覆锌粉、防腐涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、传统的钢结构环氧富锌防腐涂料，耐盐雾时间短，耐湿热性能差，难以适用于高温、高盐、高空气湿度的华南地区，特别是处于干湿交替环境条件下。

2、石墨烯作为一种新型碳材料，具有较高的比表面积及超薄的片层结构，可形成致密的物理隔绝层，可有效降低金属基体的腐蚀速率；具有良好的导电性能，能够激活涂料中的锌粉，产生协同效应，进一步提高涂层的阴极保护作用，从而提高涂层的防腐性能。但石墨烯的片层结构容易团聚，因而限制了其在涂料中的规模化应用。如何将石墨烯均匀分散并应用于环氧富锌防腐涂料中，一直是业界亟待解决的难题。

3、如中国专利文本cn109401418a公开了一种环氧富锌涂料用改性石墨烯浆料及其制备方法，采用直流磁控溅射法在石墨烯表面沉积金属锌制备镀锌石墨烯，再以镀锌石墨烯为原料，辅以研磨、剪切乳化等分散工艺，得到易分散、高稳定性的改性石墨烯浆料，并将改性石墨烯浆料应用于环氧富锌涂料中，其耐盐雾时间提高3-5倍；其缺点是制备工艺较繁琐，工业化应用成本高。

4、中国专利文本cn106634438a公开了一种石墨烯改性溶剂型环氧富锌涂料，其包含按照重量份计算的如下组分：环氧树脂6～12份、稀释剂15～25份；功能化石墨烯0.05～2份；锌粉60～70份，助剂3～5份。所述助剂可以包括分散剂、消泡剂、固化剂、流变助剂和偶联剂中的一种或多种。稀释剂由体积比为7：3的二甲苯与丁醇混合形成。通过将将环氧树脂溶液、锌粉、功能化石墨烯和助剂混合，经搅拌、熟化等工序制得石墨烯改性的溶剂型环氧富锌涂料。其采用功能化石墨烯，表面分布有活性官能团，如苯磺酸基团，该功能化石墨烯于有机溶剂中的分散浓度可达到20wt%以上。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种石墨烯改性包覆锌粉，及包括该锌粉的防腐涂料，可提高涂料防腐性能，更适用于高温、高湿和高盐分的环境。

2、本发明第一方面提供了一种石墨烯改性包覆锌粉的制备方法，包括：

3、将比表面积为180~220㎡/g石墨烯材料分散于有机溶剂i中，制成石墨烯材料分散液，石墨烯材料占石墨烯材料分散液总重量的2%-10%；

4、向石墨烯材料分散液中加锌粉、环氧树脂，三者质量比为3:6:1，加入1-2wt %硅烷偶联剂，搅拌均匀；然后研磨，并控制温度保持在60℃以下，得到石墨烯改性包覆锌粉。

5、有机溶剂i可以是甲苯、二甲苯、正丁醇等常用有机溶剂中的一种或多种，优选地，有机溶剂i由二甲苯与正丁醇混合而成，优选地，二甲苯与正丁醇的质量比为3：1，分散效果较好。

6、硅烷偶联剂可以是氨基硅烷偶联剂、环氧类硅烷偶联剂，优选地，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

7、环氧树脂即常用于涂料的双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂、双酚s型环氧树脂或聚氨酯型环氧树脂中的任意一种，进一步优选为双酚a型环氧树脂，有附着力高、柔韧性良好的效果。具体地，如环氧树脂e-44等。

8、在其中一些实施例中，向石墨烯材料分散液中加锌粉、环氧树脂，搅拌时的搅拌速度为800~1500转/分，搅拌时间为45-90min。

9、研磨一般采用砂磨机进行，研磨温度控制在60℃以下，研磨时间为10-30min。

10、本发明的第二方面提供了上述的石墨烯改性包覆锌粉的制备方法制备得到的石墨烯改性包覆锌粉。

11、本发明的第三方面提供了一种防腐涂料，包括上述的石墨烯改性包覆锌粉。

12、优选地，防腐涂料由a组分和b组分组成，其中a组分包括如下重量份数的组分：上述的石墨烯改性包覆锌粉 65-85重量份；环氧树脂 9-11重量份；有机溶剂ii 10-14 重量份；聚酰胺蜡 1-2重量份；长石粉 2-4重量份；滑石粉 2-4重量份；有机膨润土 1-3重量份；分散剂 1-5重量份；

13、b组分包括：聚酰胺650 6~7.5重量份；有机溶剂iii 2.5~3.5重量份。

14、有机溶剂ii 和有机溶剂iii 可以采用和有机溶剂i相同的有机溶剂，如可以是甲苯、二甲苯、正丁醇等常用有机溶剂中的一种或多种，优选地，为便于改性锌粉分散，所述有机溶剂ii 和有机溶剂iii也由二甲苯和正丁醇质组成，进一步优选地，二甲苯：正丁醇质量比3：1。

15、优选地，有机溶剂ii 中二甲苯 8-10重量份；正丁醇 2-4重量份。

16、b组分即为固化剂溶液，使用时，通过a组分和b组分混合固化成膜，形成涂层。

17、a组分中分散剂可以是例如γ-氨丙基三乙氧基硅烷、聚乙烯醇与聚丙烯酰胺嵌段共聚物、美国道康宁公司生产的kh550型分散剂等，进一步优选为有机硅化合物，最优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

18、本发明的第四方面还提供了上述防腐涂料的制备方法，包括如下步骤：

19、s1：制备涂料a组份

20、s11. 向容器中加入10~14重量份的有机溶剂ii，1-5重量份的分散剂，分散均匀；

21、s12. 在搅拌过程中，加入9-11重量份的环氧树脂，分散均匀；

22、s13. 保持转速，加入1-2重量份聚酰胺蜡，分散均匀；

23、s14. 保持转速，加入65~85重量份的石墨烯改性包覆锌粉，分散均匀；

24、s15. 保持转速，加入2~4重量份的长石粉、2~4重量份滑石粉、1~3重量份的有机膨润土，分散均匀；

25、s2：制备涂料b组份

26、将6~7.5重量份聚酰胺650，2.5~3.5重量份的有机溶剂iii，混合搅拌均匀；

27、s3：a组份和b组份按比例混合，分散均匀。

28、优选地，所述步骤s3中，a组分和b组分按照重量比10:1的比例混合。

29、本发明的第五方面还提供了上述防腐涂料在金属防腐领域中的应用，尤其适用于处于干湿交替环境条件下的钢结构防腐。

30、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

31、本发明首先通过将石墨烯分散在有机溶剂中，然后加入锌粉、树脂、硅烷偶联剂等，通过物理研磨的方式使石墨烯在体系中均匀分散，得到的石墨烯改性包覆锌粉可应用于钢结构防腐涂料，得到的防腐涂料性能优良，其盐雾性能≥3000h，附着力≥15mpa，耐湿热性≥3000h，均高于目前市场常用的环氧富锌涂料的2~3倍。本发明的防腐涂料尤其适用于处于干湿交替环境条件下的钢结构防腐，如高温、高盐、高空气湿度的华南地区。该地区钢结构使用含有上述石墨烯改性包覆锌粉的防腐涂料以后，防腐年限可由10~15年提高至30年以上。

技术特征：

1.一种石墨烯改性包覆锌粉的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的石墨烯改性包覆锌粉的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂i由二甲苯与正丁醇混合而成。

3.根据权利要求1所述的石墨烯改性包覆锌粉的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂、双酚s型环氧树脂或聚氨酯型环氧树脂中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的石墨烯改性包覆锌粉的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

5.如权利要求1-4任一项所述的石墨烯改性包覆锌粉的制备方法制备得到的石墨烯改性包覆锌粉。

6.一种防腐涂料，其特征在于，包括如权利要求5所述的石墨烯改性包覆锌粉。

7.根据权利要求6所述的防腐涂料，其特征在于：所述防腐涂料由a组分和b组分组成，其中a组分包括如下重量份数的组分：如权利要求5所述的石墨烯改性包覆锌粉 65-85重量份；环氧树脂 9-11重量份；有机溶剂ii 10-14 重量份；聚酰胺蜡 1-2重量份；长石粉 2-4重量份；滑石粉 2-4重量份；有机膨润土 1-3重量份；分散剂 1-5重量份；

8.根据权利要求7所述的防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，a组分和b组分按照重量比10:1的比例混合。

10.如权利要求6或7所述的防腐涂料在金属防腐领域中的应用。

技术总结本发明涉及防腐涂料制备技术领域，特别是涉及一种石墨烯改性包覆锌粉、防腐涂料及其制备方法和应用。所述的石墨烯改性包覆锌粉的制备方法，包括：将比表面积为180~220㎡/g石墨烯材料分散于有机溶剂I中，制成石墨烯材料分散液，石墨烯材料占石墨烯材料分散液总重量的2%‑10%；向石墨烯材料分散液中加锌粉、环氧树脂，三者质量比为3:6:1，加入1‑2wt%硅烷偶联剂，搅拌均匀；然后研磨至浆料粒度≤400目，并控制温度保持在60℃以下。得到的石墨烯改性包覆的锌粉可应用于钢结构防腐涂料，提升防腐涂料性能，盐雾性能≥3000h，附着力≥15MPa，耐湿热性≥3000h，均高于目前市场常用的环氧富锌涂料。技术研发人员：郑小红,蔡丽仪,荣仲尼受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11