一种石墨烯涂料及其制备方法和应用与流程

本发明属于防腐和环氧树脂涂料，具体涉及一种特别适用于桥梁、房建、公路等领域户外钢结构涂装体系的石墨烯涂料及其制备方法和作为防腐中间漆的应用。

背景技术：

1、桥梁、船舶和海洋石油钻井平台等设施都在恶劣环境下使用，为了提高这些设施的使用寿命和使用安全性，需要在设施表面设置防腐蚀涂层，阻止水、氧、氯离子等与金属的接触。然而单一涂层仍具有一定的透气性和渗水性，渗透的水、氧、氯离子等不仅对金属表面产生腐蚀，还会影响涂层和金属表面的附着性，导致涂层起泡、开裂甚至脱落，大大降低了防腐涂层的使用寿命和防腐性能。因此，对于桥梁、船舶和海洋石油钻井平台等设施通常在其表面设置复合防腐涂层，包括底漆层、中间漆层和面漆层。如公开号cn106243917a(公开日2016年12月21日)的中国发明专利申请“一种用于沿海地区钢结构的重防腐涂层及施工工艺”就披露了一种三层复合的防腐涂层，其中的中间漆层由环氧云母氧化铁中间漆涂覆在环氧富锌底漆层上形成。该发明专利申请公开的环氧云母氧化铁中间漆的组成为：180份环氧树脂、8份有机膨润土、38份钛白粉、320份云母氧化铁、40份非浮型铝粉、4份消泡剂、160份二甲醇、50份正丁醇和200份固化剂。发明人发现上述环氧云母氧化铁中间漆耐酸性、附着性差，制得的涂层易起泡开裂，使用寿命短，成本高。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种成本低廉、对底漆附着性好、耐腐蚀性能强、耐酸耐盐性优异、抗老性能佳的石墨烯涂料及其制备方法和应用。本发明所述石墨烯涂料作为中间漆，特别适用于桥梁、房建、公路等领域户外钢结构防腐涂装体系。

2、为此，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种石墨烯涂料，由平时分别贮存、用时混合的a组分和b组分构成；所述a组分由水性环氧乳液、填料、云母氧化铁、石墨烯、防沉剂、分散剂、消泡剂、润湿剂、流变剂、附着力促进剂和水组成；所述b组分由水性固化剂、助溶剂、功能添加剂和水组成；以所述石墨烯涂料的总质量为基准，各原料的质量百分比为：

4、a组分：

5、

6、b组分

7、

8、作为一个优选的实施方案，本发明提供一种石墨烯涂料，由平时分别贮存、用时混合的a组分和b组分构成；以总质量为基准，各原料的质量百分比为：

9、a组分：

10、

11、b组分

12、

13、作为另一个优选的实施方案，本发明还提供一种的石墨烯涂料，由平时分别贮存、用时混合的a组分和b组分构成；以总质量为基准，各原料的质量百分比为：

14、a组分：

15、

16、b组分

17、

18、优选地，所述水性环氧乳液的环氧当量为450～1000g/mol；进一步优选地，所述水性环氧乳液的环氧当量为750～1000g/mol。

19、更优选地，所述水性环氧乳液为banco2054。

20、优选地，所述填料为云母粉、钛白粉、滑石粉和硫酸钡的组合；其中云母粉、钛白粉、滑石粉和硫酸钡的质量比为5∶1～2∶5～10∶5～10。

21、优选地，所述防沉剂选自lrh468、kyc-416、bentone se和bentone ew中的一种或任意比例的多种。

22、更优选地，所述防沉剂为bentone ew。

23、优选地，分散剂选自tego dispers 750w或dispers 755w。

24、优选地，所述消泡剂为tego foamex 842中的一种或任意比例的多种。

25、优选地，所述润湿剂选自surfynol 104、ea 1924、byk-349、tego wet270和tegowet 280中的一种或任意比例的多种。

26、优选地，所述流变剂选自tafigel pur64、byk-420和bp-187中的一种或任意比例的多种。

27、优选地，所述附着力促进剂选自coatosil mp200、ofs-6040和castle6140a中的一种或任意比例的多种。

28、优选地，所述水性固化剂选自banco900、banco901、banco909和aradur 38-1中的两种或两种以上。

29、进一步优选地，所述水性固化剂为aradur 38-1和banco901的组合，质量比为aradur 38-1∶banco901＝1.5～2∶1～2。

30、更优选地，aradur 38-1和banco901的质量比为1.9∶1.5或2:1。

31、优选地，所述助溶剂选自乙二醇甲醚、乙二醇丙醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚中的一种或任意比例的多种。

32、优选地，所述功能添加剂选自缓蚀剂、闪锈抑制剂和防锈剂中的一种或多种。

33、优选地，所述缓蚀剂选自halox 515、halox 550、rhodafac asi 80中的一种。

34、优选地，所述闪锈抑制剂选自ralox-x151、nalzin fa 179、halox flash-x150、hy-72和hy-da120中的一种或任意比例的多种。

35、优选地，所述防锈剂选自zp-60、jrf-s202、磷酸三钠和硼酸酯中的一种或任意比例的多种。

36、作为一个优选的实施方式，本发明所述功能添加剂为缓蚀剂halox 515和闪锈抑制剂halox flash-x 150的组合，其中halox 515和halox flash-x 150的质量比为1～2∶1～2。

37、作为一个更优选的实施方式，本发明所述功能添加剂为缓蚀剂halox515和闪锈抑制剂halox flash-x 150的组合，其中halox 515和halox flash-x150的质量比为1∶1或1∶2。

38、本发明还有一个目的在于提供上述石墨烯涂料的制备方法，包括如下步骤：

39、s1：按照所述质量百分比准备各原料；

40、s2：a组分的制备

41、s2-1：在带有搅拌装置的容器中加入所述a组分中的水，搅拌下加入所述分散剂、防沉剂和一半量的消泡剂，混合均匀，然后边搅拌边加入所述填料，搅拌均匀得到混合料液；

42、s2-2：将步骤s2-1得到的所述混合料液研磨，然后转移至带有搅拌装置的容器，加入所述水性环氧乳液，搅拌均匀后，加入所述云母氧化铁和石墨烯，搅拌均匀后加入所述润湿剂、流变剂、附着力促进剂和剩余的消泡剂，搅拌均匀，得到所述a组分，密封贮存；

43、s3：b组分的制备

44、s3-1：在带有搅拌装置的设备中加入所述水性固化剂，边搅拌边依次加入所述功能添加剂、助溶剂和b组分中的水，搅拌均匀，得到所述b组分，密封贮存；

45、s4：用时混合

46、临用时将分别密封贮存的步骤s2得到的所述a组分和步骤s3得到的所述b组分混合均匀，即得。

47、优选地，所述步骤s2-1中，搅拌速度200～250r/min下加入所述分散剂、防沉剂和一半量的消泡剂，混合5～10min；保持搅拌速度加入所述填料，加毕，将搅拌速度提高为400～450r/min至搅拌均匀。

48、优选地，所述步骤s2-2中，在砂磨机将所述混合料液研磨至细度为35～45μm。

49、优选地，所述步骤s2-2中，搅拌速度为200～250r/min。

50、优选地，所述步骤s3中，搅拌速度为200～250r/min。

51、优选地，所述步骤s3中，每一种原料加入后搅拌均匀再加入下一种原料。

52、本发明的第三个目的在于提供上述石墨烯涂料或通过上述制备方法制备得到的石墨烯涂料作为防腐中间漆的应用。

53、优选地，所述应用是指所述石墨烯涂料作为户外钢铁构件防腐涂装体系的中间漆。

54、本说明书中，所述“水”是经过净化处理的水，包括但不限于商购纯净水、去离子水或双蒸水。

55、本发明选择了环氧当量为750～1000g/mol的水性环氧乳液，在本发明的复合体系中与其它成分相容性好，尤其是云母氧化铁和石墨烯能在其中均匀分散，从而形成致密的屏蔽结构，提升漆层的耐腐效果和使用寿命。本发明还选择了云母粉、钛白粉、滑石粉和硫酸钡的组合作为填料，在本发明的特定用量比例下，制备得到的中间漆性质稳定、干燥时间短，柔韧性、耐冲击性和附着力、抗老化等性能优异。

56、本发明的水性环氧石墨烯云铁中间漆制备工艺简便，原料成本低廉，有利于广泛地应用于各个领域，尤其是铁路、公路、桥梁、房建等户外领域的钢铁构件防腐，具有极高的产业化价值。