一种基于石墨烯改性的钢材用功能重防腐水性涂料及其制备方法和使用方法与流程

本发明涉及一种基于石墨烯改性的钢材用功能重防腐水性涂料及其制备方法和使用方法，属于涂料领域。

背景技术：

金属腐蚀会造成资源和能源的浪费，据估计，中国每年由金属腐蚀造成的经济损失约占据国民生产总值的4%，防腐问题迫在眉睫。然而，国外企业占据国内防腐涂料市场份额的60%以上，国内防腐涂料技术的开发有待提高。尤其是重防腐领域。重防腐涂料适用于化工大气和海洋环境里。但现有重防腐涂料大都功能性单一，而化工大气和海洋环境多变。多变的环境容易滋生各种问题，如细菌、火灾。所以，为达到防护各种问题，需要涂覆不同的涂料。这些不同的涂料的混合使用不仅耗费人力物力还会降低自身的效果，从而无法长期保护装备。为达到设备的综合防腐，开发功能综合性的重防腐复合涂料是极其有必要的。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种基于石墨烯改性的钢材用功能重防腐水性涂料及其制备方法，包括具有防腐、导热功能的环氧树脂复合底漆，具有防腐、抑菌功能的氟碳复合面漆，具有防腐、阻燃、憎油憎水功能的氟碳金属清漆，适用于金属防护领域。

本发明的另一目的是提供所述由环氧树脂复合底漆、氟碳复合面漆及氟碳金属清漆所组成的功能重防腐涂料的使用方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明提供了一种基于石墨烯改性的钢材用功能重防腐水性涂料，所述重防腐水性涂料由环氧树脂复合底漆、氟碳复合面漆及氟碳金属清漆组成。

进一步地，环氧树脂复合底漆是由水性环氧树脂、石墨烯、分散剂、稀释剂、环氧固化剂等组成，制备的水性环氧树脂具有优异的防腐、导热性能。

进一步地，环氧树脂复合底漆涂料组成按重量计算如下：环氧树脂100份，石墨烯0.3~1份，分散剂0.1~0.2份，稀释剂1~10份，环氧固化剂30份。

进一步地，环氧树脂为水性环氧树脂。

进一步地，石墨烯为氧化石墨烯，石墨烯和环氧树脂的质量比为3~10∶1000。

进一步地，分散剂为聚乙烯醇，其分子量为16000~200000。将聚乙烯醇和石墨烯通过π-π键功能化改性，使得形成的改性石墨烯能在溶剂中保持极高的分散性和电导性。

进一步地，稀释剂为水。

进一步地，环氧固化剂为胺类固化剂。

进一步地，环氧树脂复合底漆涂料的制备方法：将3~10份石墨烯浆料与聚乙烯醇溶液混合搅拌24h之后，形成混合物。将该混合物缓慢滴入1000份环氧树脂溶液中，搅拌24h之后形成混合物。将300份环氧固化剂缓慢滴入混合物中，熟化15min，形成环氧树脂复合底漆涂料。

进一步地，氟碳复合面漆由氟碳面漆、石墨烯、分散剂、稀释剂、抗菌剂、氟碳固化剂等组成，制备的氟碳复合面漆具有防腐、抑菌性能。

进一步地，氟碳复合面漆涂料组成按重量计算如下：氟碳面漆100份，石墨烯0.3~0.5份，分散剂0.06~0.1份，稀释剂80~100份，抗菌剂3~5份，氟碳固化剂20份。

进一步地，抗菌剂包括纳米二氧化钛。

进一步地，所述氟碳复合面漆涂料的制备方法：将氟碳面漆与稀释剂混合均匀形成氟碳稀释混合物待用。将3~5份石墨烯浆料与聚乙烯醇溶液混合搅拌24h之后，形成混合物。将该混合物缓慢滴入1000份氟碳稀释混合物中，搅拌24h之后形成混合物。再将定量的抗菌剂加入混合物中混合均匀。将200份氟碳固化剂缓慢滴入混合物中，熟化15min，形成氟碳复合面漆涂料。

进一步地，氟碳金属清漆由氟碳漆、金属粉末、稀释剂、氟碳固化剂组成，制备的氟碳复合清漆具有防腐、阻燃、憎油憎水性能。

进一步地，氟碳复合面漆涂料组成按重量计算如下：氟碳清漆100份，金属粉末1~3份，稀释剂30~60份，氟碳固化剂20份。

进一步地，金属粉末包括铝粉、氢氧化镁、氢氧化铝其中的两种或其混合物。

进一步地，所述氟碳金属清漆涂料的制备方法：将100份氟碳漆与30~60份稀释剂混合均匀，过200目标椎筛。将1~3份的金属粉末与氟碳稀释漆混合搅拌24h之后，形成混合物。将20份的氟碳固化剂缓慢滴入混合物中，熟化15min，形成氟碳金属清漆涂料。

进一步地，所述基于石墨烯改性的钢材用功能重防腐水性涂料的使用方法：对防腐基材进行表面处理，除锈除油。然后喷涂上述方法所制备的环氧树脂复合底漆涂料，涂层厚度约为30~50μm，室温干燥48h；然后喷涂上述方法制备的氟碳复合面漆涂料，涂层厚度约为20~30μm，室温干燥48h；最后喷涂上述方法制备的氟碳清漆涂料，涂层厚度约为10~20μm，再经48h干燥后即可得基于石墨烯改性的钢材用功能重防腐水性涂层。

本发明的有益效果：

（1）采用水性涂料和水性固化剂，降低对环境的污染，属于环境友好型涂料。

（2）环氧树脂复合底漆和氟碳复合面漆中加入改性类石墨烯，可形成“迷宫效应”阻隔外界环境与装备的接触。

（3）利用聚乙烯醇与石墨烯的π-π键功能化改性，提高了改性类石墨烯在水中的分散性，且分散剂的用量很低，改性操作简单有效。

（4）石墨烯致密分散，不仅提高了涂料的防腐效果，还具有阻燃防火性能。

（5）本发明所采用的石墨烯为类石墨烯，制备工艺简单，成本低廉。

（6）本发明提供的石墨烯重防腐水性涂料既保留了各组分的主要特色，又通过复合效应提高了涂层的各种性能，属于综合性功能防腐材料，制备简单，操作方便，极具应用性。

附图说明

图1是采用本发明中实施例2所得的基于石墨烯改性的钢材用功能重防腐水性涂料的喷涂效果。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

本发明提供了一种基于石墨烯改性的钢材用功能重防腐水性涂料的制备方法，以克服现有技术中的不足。所述石墨烯防腐功能涂料由环氧树脂复合底漆、氟碳复合面漆及氟碳金属清漆所组成。

下面通过具体的实例对本发明的技术方案作进一步的说明描述。

实施例1：

本实施例提供了一种基于0.3%石墨烯改性的钢材用功能重防腐水性涂料及其规模化制备方法，具体包括以下步骤：

按重量份计称取环氧树脂100份，石墨烯0.3份，分散剂0.1份，稀释剂3份，环氧固化剂30份。

将0.1份聚乙烯醇分散剂溶于1份的稀释剂中，在90℃下搅拌加热至聚乙烯醇溶解，备用。将0.3份石墨烯溶于3份稀释剂中，超声分散均匀，加入聚乙烯醇溶液，搅拌，超声至石墨烯在稀释剂中均匀分散。至此得到改性石墨烯浆料。

将100份的环氧树脂，按比例加入上述石墨烯浆料，利用匀浆机将其混合均匀，按其粘稠程度加入稀释剂。至此得到0.3%石墨烯环氧底漆浆料，均匀备用。

按比例称取30份环氧固化剂，缓慢加入上述所形成的混合物中，经15min熟化后，可采用喷涂或刷涂的方式将其涂于经过处理的装备基材，室温固化可得石墨烯防腐功能化环氧复合底漆涂层。

按重量份计称取氟碳面漆100份，石墨烯0.3份，分散剂0.06份，稀释剂80份，抗菌剂3份，氟碳固化剂20份。

将0.06份聚乙烯醇分散剂溶于1份的稀释剂中，在90℃下搅拌加热至聚乙烯醇溶解，备用。将0.3份石墨烯溶于80份稀释剂中，超声分散均匀，加入上述聚乙烯醇溶液，搅拌，超声至石墨烯在稀释剂中均匀分散。至此得到改性石墨烯浆料。

将100份的氟碳面漆，过标准筛。加入0.3份改性石墨烯浆料、抗菌剂，利用匀浆机将其混合均匀，按其粘稠程度加入稀释剂。均匀备用。

按比例称取20份氟碳面漆固化剂，缓慢加入上述所形成的混合物中，经15min熟化后，可采用喷涂或刷涂的方式将其涂于含环氧复合底漆涂层的装备上，室温固化可得石墨烯防腐功能化氟碳复合面漆涂层。

按重量份计称取氟碳清漆100份，金属粉末1份，稀释剂30份，氟碳固化剂20份。

将100份的氟碳清漆，过标准筛。将1份的金属粉末与氟碳漆混合，利用匀浆机将其混合均匀，按其粘稠程度加入30份的稀释剂。均匀备用。

按比例称取20份氟碳清漆固化剂，缓慢加入上述所形成的混合物中，经15min熟化后，可采用喷涂或刷涂的方式将其涂于含环氧复合底漆和氟碳复合面漆的装备上，室温固化可得石墨烯防腐功能化涂层。

本发明中的1份代表1g。

实施例2：

本实施例2提供了一种基于0.5%石墨烯改性的钢材用功能重防腐水性涂料及其规模化制备方法，具体包括以下步骤：

按重量份计称取环氧树脂100份，石墨烯0.5份，分散剂0.2份，稀释剂5份，环氧固化剂30份。

将0.2份聚乙烯醇分散剂溶于定量的稀释剂中，在90℃下搅拌加热至聚乙烯醇溶解，备用。将0.5份石墨烯溶于5份稀释剂中，超声分散均匀，加入0.2份聚乙烯醇溶液，搅拌，超声至石墨烯在稀释剂中均匀分散。至此得到改性石墨烯浆料。

将100份环氧树脂，按比例加入0.5份改性石墨烯浆料，利用匀浆机将其混合均匀，按其粘稠程度加入稀释剂。均匀备用。

按比例称取30份环氧固化剂，缓慢加入上述所形成的混合物中，经15min熟化后，得到环氧树脂底漆涂料。可采用喷涂或刷涂的方式将其涂于经过处理的装备基材，室温固化可得石墨烯防腐功能化环氧复合底漆涂层。

按重量份计称取氟碳面漆100份，石墨烯0.4份，分散剂0.08份，稀释剂90份，抗菌剂4份，氟碳固化剂20份。

将0.08份聚乙烯醇分散剂溶于1份稀释剂中，在90℃下搅拌加热至聚乙烯醇溶解，备用。将0.4份石墨烯溶于90份稀释剂中，超声分散均匀，加入0.08份聚乙烯醇溶液，搅拌，超声至石墨烯在稀释剂中均匀分散。至此得到改性石墨烯浆料。

将100份氟碳涂料，过标准筛。按一定比例加入改性石墨烯浆料、抗菌剂，利用匀浆机将其混合均匀，按其粘稠程度加入稀释剂。均匀备用。

按比例称取20份氟碳固化剂，缓慢加入上述所形成的混合物中，经15min熟化后，可采用喷涂或刷涂的方式将其涂于含环氧复合底漆涂层的装备上，室温固化可得石墨烯防腐功能化氟碳复合面漆涂层。

按重量份计称取氟碳清漆100份，金属粉末2份，稀释剂45份，氟碳固化剂20份。

将100份氟碳涂料，过标准筛。将2份金属粉末与氟碳漆混合，利用匀浆机将其混合均匀，按其粘稠程度加入稀释剂。均匀备用。

按比例称取20份氟碳固化剂，缓慢加入上述所形成的混合物中，经15min熟化后，可采用喷涂或刷涂的方式将其涂于含环氧复合底漆和氟碳复合面漆的装备上，室温固化可得石墨烯防腐功能化涂层。

实施例2的检测项目及其检测结果

表1

实施例3：

本实施例3提供了一种基于1%石墨烯改性的钢材用功能重防腐水性涂料及其规模化制备方法，具体包括以下步骤：

按重量份计称取环氧树脂100份，石墨烯1份，分散剂0.3份，稀释剂10份，环氧固化剂30份。

将0.3份聚乙烯醇分散剂溶于定量的稀释剂中，在90℃下搅拌加热至聚乙烯醇溶解，备用。将1份石墨烯溶于10份稀释剂中，超声分散均匀，加入0.3份聚乙烯醇溶液，搅拌，超声至石墨烯在稀释剂中均匀分散。至此得到改性石墨烯浆料。

将100份环氧树脂，按比例加入改性石墨烯浆料，利用匀浆机将其混合均匀，按其粘稠程度加入稀释剂。均匀备用。

按比例称取30份环氧固化剂，缓慢加入上述所形成的混合物中，经15min熟化后，可采用喷涂或刷涂的方式将其涂于经过处理的装备基材，室温固化可得石墨烯防腐功能化环氧复合底漆涂层。

按重量份计称取氟碳面漆100份，石墨烯0.5份，分散剂0.1份，稀释剂100份，抗菌剂5份，氟碳固化剂20份。

将0.1份聚乙烯醇分散剂溶于定量的稀释剂中，在90℃下搅拌加热至聚乙烯醇溶解，备用。将0.5份石墨烯溶于100份稀释剂中，超声分散均匀，加入0.1份聚乙烯醇溶液，搅拌，超声至石墨烯在稀释剂中均匀分散。至此得到改性石墨烯浆料。

将100份氟碳涂料，过标准筛。按定比例加入改性石墨烯浆料、抗菌剂，利用匀浆机将其混合均匀，按其粘稠程度加入稀释剂。均匀备用。

按比例称取20份氟碳固化剂，缓慢加入上述所形成的混合物中，经15min熟化后，可采用喷涂或刷涂的方式将其涂于含环氧复合底漆涂层的装备上，室温固化可得石墨烯防腐功能化氟碳复合面漆涂层。

按重量份计称取氟碳清漆100份，金属粉末3份，稀释剂60份，氟碳固化剂20份。

将100份氟碳涂料，过标准筛。将3份金属粉末与氟碳漆混合，利用匀浆机将其混合均匀，按其粘稠程度加入稀释剂。均匀备用。

按比例称取20份氟碳固化剂，缓慢加入上述所形成的混合物中，经15min熟化后，可采用喷涂或刷涂的方式将其涂于含环氧复合底漆和氟碳复合面漆的装备上，室温固化可得石墨烯防腐功能化涂层。

对比例1：与实施例1基本相同，但环氧复合底漆和氟碳复合面漆中均未添加改性石墨烯。

按照实施例1的制备方式，依次将无改性石墨烯环氧复合底漆、无改性石墨烯氟碳复合面漆、氟碳金属清漆涂覆在300mm×300mm的不锈钢上，涂层厚度≥5mm。按照表1对其进行导热系数实验，结果表明：含石墨烯的功能涂层的导热系数远大于不含石墨烯涂层的导热系数。采用百格法分别依次对实施例和对比例1的每个单独涂层进行实验，结果表明对比例1每个单独涂层均可达0级，实施例1和实施例2也可达0级，实施例3可达1级。

对比例2：与实施例1基本相同，但氟碳复合面漆中未添加改性石墨烯。

按照实施例1的制备方式，依次将改性石墨烯环氧复合底漆、无改性石墨烯氟碳复合面漆、氟碳金属清漆涂覆在300mm×300mm的不锈钢上，涂层厚度≥5mm。按照表1对其进行导热系数实验，结果表明：含石墨烯的功能涂层的导热系数大于不含石墨烯涂层的导热系数。采用百格法分别依次对实施例和对比例2的每个单独涂层进行实验，结果表明对比例2中无改性石墨烯氟碳复合面漆涂层可达0级，改性石墨烯环氧复合底漆涂层可达1级。实施例1和实施例2可达0级，实施例3可达1级。

对比例3：与实施例1基本相同，但环氧复合底漆中未添加改性石墨烯。

按照实施例1的制备方式，依次将无改性石墨烯环氧复合底漆、改性石墨烯氟碳复合面漆、氟碳金属清漆涂覆在300mm×300mm的不锈钢上，涂层厚度≥5mm。按照表1对其进行导热系数实验，结果表明：含石墨烯的功能涂层的导热系数大于不含石墨烯涂层的导热系数。采用百格法分别依次对实施例和对比例3的每个单独涂层进行实验，结果表明对比例3中无改性石墨烯环氧复合底漆涂层可达0级，改性石墨烯氟碳复合面漆涂层可达1级。实施例1和实施例2也可达0级，实施例3可达1级。

对比例4：涂料制备方法类似于实施例2。石墨烯不进行改性直接分散。与实施例相比，对比例4的做法容易导致石墨烯团聚，利用耐盐雾实验进行比较，结果表明，对比例4耐盐雾时间仅200h就出现了鼓泡、锈斑等现象，而相比而言实施例耐盐雾效果好，其中实施例2耐盐雾实验可达1000h以上。