一种新型石墨烯锌复合重防腐涂料及其制备方法与流程

本技术涉及涂料制备，更具体地说，它涉及一种新型石墨烯锌复合重防腐涂料及其制备方法。

背景技术：

1、重防腐涂料是相对常规防腐涂料而言的一种高性能涂料，它能在相对苛刻的腐蚀环境里应用，并具有比常规防腐涂料更长的保护期。近年来，重防腐涂料领域的研究取得了显著进展，在传统防腐涂料的基础上，涌现出了一系列性能卓越的新品种。其中，石墨烯锌复合重防腐涂料作为常用的重防腐涂料，凭借其出色的耐腐蚀性能，在金属重防腐领域得到了广泛应用。该涂料的核心在于石墨烯具有超大的比表面积和良好的分散性，能够在涂层中形成均匀的物理层。这种隔离层状结构对水、氧气和离子的扩散有很好的物理屏蔽作用，有效阻挡了这些腐蚀介质的渗透。同时，锌粉作为填充物，与石墨烯共同构成了致密的涂层结构，进一步增强了涂层的物理屏蔽性能。

2、相关技术中，如申请号为201810347478.x公开了一种环氧锌烯重防腐涂料的制备方法，属于涂料制备技术领域。本发明先将石墨烯和锌粉进行研磨复合，得石墨烯-锌复合粉体，对石墨烯-锌复合粉体表面利用甲苯二异氰酸酯进行修饰改性，能有效防止石墨烯和锌粉在树脂中团聚，大大提高了复合粉体在树脂中的分散性能，从而能充分发挥石墨烯复合粉体的防腐作用，增强环氧树脂涂料的防腐性。

3、然而，传统的石墨烯锌复合重防腐涂料中，锌粉的含量通常较高，并且锌粉密度较大。高锌含量使得涂层的密度增大，相同厚度的涂层重量也相应增加。高密度的涂层在施工过程中和干燥后，由于内部应力的分布不均，容易导致涂层开裂。

技术实现思路

1、为了改善相关技术中涂料在施工后容易开裂的缺陷，本技术提供一种新型石墨烯锌复合重防腐涂料及其制备方法。

2、本技术提供的一种新型石墨烯锌复合重防腐涂料采用如下的技术方案：

3、一种新型石墨烯锌复合重防腐涂料，包括如下重量份数的原料：

4、环氧树脂30-50份；

5、石墨烯-锌复合粉料20-30份；

6、填料10-20份；

7、分散剂2-5份；

8、溶剂15-30份；

9、流平剂1-3份；

10、所述石墨烯-锌复合粉料由石墨烯粉和空心纳米锌粉在保护气体下经球磨、干燥得到。

11、通过采用上述技术方案，环氧树脂具有良好的附着力、耐化学腐蚀性和机械强度。在涂料中作为主要成膜物质，能够牢固地附着在被涂覆的物体表面，形成一层坚韧的保护膜，有效防止腐蚀介质的侵入。确保涂料在各种恶劣环境下都能保持良好的防护性能，延长被保护物体的使用寿命。

12、石墨烯具有超大的比表面积和良好的分散性，能够在涂层中形成均匀的物理隔离层，有效阻挡了这些腐蚀介质的渗透。空心纳米锌粉作为填充物，与石墨烯共同构成了致密的涂层结构，进一步增强了涂层的物理屏蔽性能。墨烯的存在还可以增强涂层的机械强度和导电性，提高涂层的整体性能；并且由于采用了空心纳米锌粉，在提供良好防腐性能的同时，有效减小空心纳米锌粉的密度，从而降低了涂层的重量，减少了因涂层过重以及内部应力的分布不均导致的涂料涂层开裂风险。

13、可选的，所述石墨烯-锌复合粉料采用如下的方法制备得到：

14、按质量比1：20，分别称取石墨烯粉和空心纳米锌粉，依次加入球磨罐中，并加入乙醇和氧化铝粉，将球磨罐抽真空后充入氮气，在氮气气氛保护下球磨2-4h后出料得浆料，将浆料置于真空干燥箱中干燥，干燥完全后得石墨烯-锌复合粉料。

15、通过采用上述技术方案，在氮气气氛保护下球磨石墨烯粉和空心纳米锌粉，并加入乙醇和氧化铝粉，能够使石墨烯和锌粉充分混合，同时氧化铝粉在石墨烯与锌粉之间形成一层绝缘薄膜，阻止电偶腐蚀的发生，避免加速锌粉的腐蚀速率，从而提高石墨烯-锌复合粉料的稳定性和耐久性，延长涂料的使用寿命。

16、可选的，所述氧化铝粉为石墨烯粉质量的5-10%。

17、通过采用上述技术方案，氧化铝粉作为绝缘材料，能够阻断石墨烯和锌粉之间的电子直接传输，防止电偶腐蚀的发生。同时，氧化铝具有良好的机械强度和化学稳定性，能够增强复合粉料的性能。氧化铝粉不仅能促进保持石墨烯的优异性能，同时防止锌粉的腐蚀，提高涂料的整体稳定性和耐久性。

18、可选的，所述空心纳米锌粉采用如下的方法制备得到：

19、（1）将锌粉作为蒸发源材料，将锌粉放入pvd设备的蒸发室，将基体材料放置于pvd设备的沉积室中；

20、（2）将pvd设备抽真空后沉积过程：控制蒸发温度为1000-1200℃、沉积时间为2-2.5h，沉积完成后，关闭加热源，采用机械刮擦的方式将空心纳米锌粉从基体上分离，然后对空心纳米锌粉进行清洗、干燥即可。

21、可选的，所述基体材料为陶瓷片，陶瓷片表面ra值在0.1-1μm。

22、通过采用上述技术方案，陶瓷片具有良好的热稳定性、化学惰性和表面平整度，适合作为空心纳米锌粉的沉积基体。其表面粗糙度ra值在0.1-1μm 之间，能够提供良好的锌粉附着性。确保空心纳米锌粉在沉积过程中的均匀性和稳定性，提高涂料的质量和性能。同时，陶瓷片的化学惰性可以避免与锌粉发生化学反应，保证空心纳米锌粉的纯度。

23、可选的，所述填料为云母粉、滑石粉、硅微粉中的一种或几种的组合，填料的粒径为10-50μm。

24、可选的，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂，环氧当量为180-200g/eq。

25、通过采用上述技术方案，选择双酚a型环氧树脂，具有良好的附着力、耐化学腐蚀性和机械强度。环氧当量限制在180-200g/eq之间，能够确保环氧树脂的性能稳定，与其他成分的相容性良好。保证涂料的成膜性能和防护性能，提高涂层的稳定性和耐久性。

26、第二方面，本技术提供一种新型石墨烯锌复合重防腐涂料的制备方法，采用如下的技术方案：

27、一种新型石墨烯锌复合重防腐涂料的制备方法，包括如下的制备步骤：

28、s1、按重量配比称取环氧树脂、石墨烯-锌复合粉料、填料、分散剂、溶剂和流平剂；

29、s2、将环氧树脂加入到溶剂中，搅拌均匀，得到树脂溶液；

30、s3、将石墨烯-锌复合粉料、填料和分散剂加入到树脂溶液中，高速搅拌分散1-2h，使粉料均匀分散在树脂溶液中，然后加入流平剂，继续搅拌0.5-1h得到涂料浆料；

31、s4、将涂料浆料进行研磨至细度达到20～40μm，然后过滤得到新型石墨烯锌复合重防腐涂料。

32、综上所述，本技术具有以下有益效果：

33、1、由于本技术采用石墨烯与空心纳米锌粉的复合，以及氧化铝粉的加入，共同提升了涂料的抗裂性能。空心纳米锌粉由于其内部空心结构，相比实心锌粉具有更低的密度，因此在相同质量下可以提供更多的表面积，从而在涂层中起到更好的防腐效果，同时减轻涂层的整体重量。较轻的涂层有助于减少因重量过大导致的内部应力集中，进而降低涂层开裂的风险。纳米级别的空心结构使得锌粉在涂层中能够更好地分散，与树脂基体形成更均匀的混合体系。这种均匀的混合有助于提高涂层的柔韧性，使得涂层在受到外力作用时能够更好地吸收和分散应力，减少因应力集中而导致的开裂。空心纳米锌粉由于其高比表面积，能够提供更多的锌离子源，从而在涂层破损时迅速形成锌盐层，增强涂层的阴极保护效果。这种增强的阴极保护效果有助于延长涂层的防腐寿命，并减少因腐蚀导致的涂层开裂。

34、2、本技术中优选采用氧化铝粉在石墨烯-锌复合粉料制备过程中添加，同时氧化铝粉在石墨烯与锌粉之间形成一层绝缘薄膜，阻止电偶腐蚀的发生，避免加速锌粉的腐蚀速率，从而提高石墨烯-锌复合粉料的稳定性和耐久性，延长涂料的使用寿命。同时，氧化铝具有良好的机械强度和化学稳定性，能够增强复合粉料的性能。氧化铝粉不仅能促进保持石墨烯的优异性能，同时防止锌粉的腐蚀，提高涂料的整体稳定性和耐久性。