本發(fā)明涉及一種環(huán)氧富鋅涂料及其制備工藝，尤其涉及一種包含氧化石墨烯/黑滑石復合材料的環(huán)氧富鋅涂料及其制備方法，屬于涂料技術領域。

背景技術：

金屬腐蝕是指金屬材料受周圍介質(zhì)的作用而損壞。腐蝕時，在金屬的界面上發(fā)生了化學或電化學多相反應，使金屬轉入氧化(離子)狀態(tài)，從而顯著降低金屬材料的強度、塑性、韌性等力學性能，增加零件間的磨損，惡化電學和光學等物理性能，縮短設備的使用壽命。目前最簡單最有效的防腐蝕手段之一就是在金屬表面涂覆一層防腐蝕涂層，使得金屬表面與環(huán)境有一層屏障。目前，全球防腐涂料市場的需求正在快速增長。隨著我國石油行業(yè)、鐵路、公路橋梁、冶金行業(yè)、電力和能源工業(yè)、機械及紡織行業(yè)、工業(yè)產(chǎn)品領域、汽車、船舶及集裝箱等多個行業(yè)的快速發(fā)展，涂料面臨著新的要求，迫切需要防腐涂料領域技術的不斷革新。

環(huán)氧富鋅涂料是一種耐腐蝕性能優(yōu)異的防腐涂料，已廣泛應用到工業(yè)防腐的各個領域。富鋅涂料的防腐蝕機理主要是鋅起到陰極保護的作用，即在腐蝕環(huán)境中犧牲鋅粉(陽極)而保護鋼鐵(陰極)。為了使富鋅涂層充分有效的發(fā)揮陰極保護作用，傳統(tǒng)的環(huán)氧富鋅底漆其鋅粉含量一般不低于干膜質(zhì)量的80％，在貯存過程中容易產(chǎn)生嚴重的沉淀現(xiàn)象，不利于保存，且在一些相對苛刻的腐蝕環(huán)境里應用，防腐保護期有限。

氧化石墨烯作為一種二維層狀碳納米材料，具有獨特的性能，比表面積大，在涂層中層層疊加形成致密的隔絕層，阻隔水分對涂膜的浸潤與滲透。因此，氧化石墨烯在防腐涂料領域得以廣泛應用，使涂料本身有良好的相容性同時顯著提高了涂料對基底的防腐保護能力。但在實際應用中，氧化石墨烯的比表面積和表面張力很大，表面活性高，極易發(fā)生團聚現(xiàn)象，造成缺陷，這會給水分子、氧氣、氯離子等腐蝕因子進入涂層滲入到基底提供了通道，加速腐蝕，因此在涂料領域的應用受到很大的限制，氧化石墨烯以及其他無機填料的添加量被控制得十分有限，制備無聚集的穩(wěn)定分散的摻雜氧化石墨烯的防腐涂料仍是難題?，F(xiàn)有的一些石墨烯基防腐涂料中的防腐填料以組分單一，只起到一定的阻隔作用，防腐性能提高不明顯，限制了其使用范圍，所以開發(fā)一種新型高效防腐涂料勢在必行。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種包含氧化石墨烯/黑滑石復合材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術中的不足。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種包含氧化石墨烯/黑滑石復合材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料，由如下重量配比的組分組成：

環(huán)氧樹脂10％～20％，氧化石墨烯/黑滑石復合材料15％～25％，鋅粉30％～50％，填料10％～30％，分散劑1％～5％，溶劑15％～25％；所有組分合計100％。

進一步，

所述環(huán)氧樹脂為環(huán)氧樹脂e51、環(huán)氧樹脂e44、環(huán)氧樹脂e42、環(huán)氧樹脂e35中的一種或兩種以上任意比例的混合物；

所述填料為云母氧化鐵鱗片、云母粉、膨潤土、滑石粉、重鈣粉、納米三氧化二鋁中的一種或兩種以上任意比例的混合物；

所述分散劑可以選自本領域已知的物質(zhì)，并可通過常規(guī)途徑商購獲?。贿m用的分散劑例如：byk-190、byk-111、byk-163分散劑中的一種或兩種以上任意比例的混合物。

所述溶劑為芳烴類溶劑、醇類溶劑為、酮類溶劑中的一種或兩種以上任意比例的混合溶劑；優(yōu)選的溶劑為二甲苯：正丁醇＝2～4：1(體積比)的混合溶劑。

本發(fā)明所述包含氧化石墨烯/黑滑石復合材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料的制備方法為：

(1)氧化石墨烯/黑滑石復合材料的制備

將氧化石墨烯加入鹽酸水溶液中進行超聲分散，然后加入超細黑滑石粉，攪拌(800～1200r/min)0.5～5h，超聲分散1～3h，形成均一穩(wěn)定的氧化石墨烯/黑滑石分散液，之后進行過濾、洗滌、烘干、研磨，制得氧化石墨烯/黑滑石復合材料；

所述氧化石墨烯/黑滑石分散液中，鹽酸濃度為0.2～0.5mol/l，氧化石墨烯濃度為10～60mg/ml，超細黑滑石粉濃度為10～50mg/ml；

所述超細黑滑石粉按如下方法獲得：將來源于江西省上饒市廣豐區(qū)的原料黑滑石進行球磨，用球磨機600r/min濕法研磨5～10h，水洗，離心干燥，得到超細黑滑石粉(平均粒徑220nm)；

所述氧化石墨烯由hummers法制備得到；

(2)防腐涂料的配制

按照配方，將氧化石墨烯/黑滑石復合材料、環(huán)氧樹脂、鋅粉、填料、分散劑、溶劑混合，攪拌(600～1500r/min，優(yōu)選1000r/min)10～40min，然后將混合物料研磨(采用三輥研磨機進行研磨)至細度達到20～40μm，即得所述包含氧化石墨烯/黑滑石復合材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點包括：

(1)制得的含氧化石墨烯/黑滑石復合材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料可以起到電化學防腐和物理防腐雙重功效。一方面，氧化石墨烯/黑滑石復合材料獨特的二維片層結構可以起到防腐阻隔的作用；另一方面，鋅為活潑金屬，可以對金屬基體起到陰極保護作用。本發(fā)明制備的防腐涂料極大提高了環(huán)氧富鋅底漆的防腐性能，而且貯存穩(wěn)定不易產(chǎn)生沉底現(xiàn)象，對環(huán)境無害、工藝簡單且易于工業(yè)化生產(chǎn)。

(2)黑滑石具有良好的耐候性，儲量豐富，價格低廉，節(jié)約生產(chǎn)成本。其中由于黑滑石材料的包含滑石層和類石墨烯層的結構特點，特別是區(qū)別于滑石的類石墨烯層，有希望替代部分石墨烯材料的添加，減少石墨烯材料添加成本。

(3)通過氧化石墨烯和黑滑石的復合可以使氧化石墨烯實現(xiàn)均勻分散，不易發(fā)生團聚，克服單一氧化石墨烯組分添加的弊端。

附圖說明

圖1為實施例1制備的包含氧化石墨烯/黑滑石復合材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料。

具體實施方式

下面通過具體實施例進一步描述本發(fā)明，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此。

實施例1

按以下質(zhì)量分數(shù)配比各組分：環(huán)氧樹脂e5115％，氧化石墨烯/黑滑石復合材料15％，鋅粉35％，填料(云母粉8％、膨潤土5％)，分散劑(bky-111)2％，混合溶劑(二甲苯：正丁醇＝4:1)20％。

(1)氧化石墨烯/黑滑石復合材料的制備

將黑滑石(黑滑石來源于江西省上饒市廣豐區(qū))進行球磨，用球磨機600r/min濕法研磨5h，水洗，離心干燥，得到超細黑滑石粉。利用hummers法制備氧化石墨烯；將20g氧化石墨烯加入1l10wt％鹽酸的水溶液中進行超聲分散，然后加入30g超細黑滑石粉，大力攪拌3h，超聲分散1h形成均一穩(wěn)定的氧化石墨烯/黑滑石分散液；然后進行過濾、洗滌、烘干、研磨，制得氧化石墨烯/黑滑石復合材料。

(2)防腐涂料的配制

將氧化石墨烯/黑滑石復合材料、環(huán)氧樹脂、鋅粉、填料、分散劑、混合溶劑攪拌15min，混合均勻后，將混合物料研磨，細度達到30μm，攪拌均勻，即制得含有氧化石墨烯/黑滑石復合材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料。

實施例2

按以下質(zhì)量分數(shù)配比各組分：環(huán)氧樹脂e4420％，氧化石墨烯/黑滑石復合材料15％，鋅粉38％，填料(重鈣粉2％、云母粉5％、膨潤土3％)，分散劑(bky-111)2％，混合溶劑(二甲苯：正丁醇＝2:1)15％。

(1)氧化石墨烯/黑滑石復合材料的制備

將黑滑石(黑滑石來源于江西省上饒市廣豐區(qū))進行球磨，用球磨機600r/min濕法研磨5h，水洗，離心干燥，得到超細黑滑石粉。利用hummers法制備氧化石墨烯；將30g氧化石墨烯加入1l10wt％鹽酸的水溶液中進行超聲分散，然后加入30g超細黑滑石粉，大力攪拌2h，超聲分散2h形成均一穩(wěn)定的氧化石墨烯/黑滑石分散液；然后進行過濾、洗滌、烘干、研磨，制得氧化石墨烯/黑滑石復合材料。

(2)防腐涂料的配制

將氧化石墨烯/黑滑石復合材料、環(huán)氧樹脂、鋅粉、填料、分散劑、混合溶劑攪拌20min，混合均勻后，將混合物料研磨，細度達到30μm，攪拌均勻，即制得含有氧化石墨烯/黑滑石復合材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料。

對比例1

僅添加氧化石墨烯材料，未加入黑滑石制備氧化石墨烯/黑滑石復合材料，其余操作同實施例1，具體步驟為：

按以下質(zhì)量分數(shù)配比各組分：環(huán)氧樹脂e5115％，氧化石墨烯15％，鋅粉35％，填料(云母粉8％、膨潤土5％)，分散劑(bky-111)2％，混合溶劑(二甲苯：正丁醇＝4:1)20％。

防腐涂料的配制：

將氧化石墨烯材料、環(huán)氧樹脂、鋅粉、填料、分散劑、混合溶劑攪拌15min，混合均勻后，將混合物料研磨，細度達到30μm，攪拌均勻，即制得含有氧化石墨烯材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料。

對比例2

僅添加黑滑石材料，未加入氧化石墨烯制備氧化石墨烯/黑滑石復合材料，其余操作同實施例1，具體步驟為：

按以下質(zhì)量分數(shù)配比各組分：環(huán)氧樹脂e5115％，黑滑石15％，鋅粉35％，填料(云母粉8％、膨潤土5％)，分散劑(bky-111)2％，混合溶劑(二甲苯：正丁醇＝4:1)20％。

防腐涂料的配制：

將黑滑石材料、環(huán)氧樹脂、鋅粉、填料、分散劑、混合溶劑攪拌15min，混合均勻后，將混合物料研磨，細度達到30μm，攪拌均勻，即制得含有黑滑石材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料。

上述各實施例以及對比例中的涂料及成膜后的性能如表1所示：

表1

實施例1、實施例2包含氧化石墨烯/黑滑石復合材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料的膜厚度、儲存穩(wěn)定性、耐水性及耐鹽霧性明顯優(yōu)于對比例未添加氧化石墨烯/黑滑石復合材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料，證明性能得到提升。

技術特征：

1.一種包含氧化石墨烯/黑滑石復合材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料，其特征在于，由如下重量配比的組分組成：

環(huán)氧樹脂10％～20％，氧化石墨烯/黑滑石復合材料15％～25％，鋅粉30％～50％，填料10％～30％，分散劑1％～5％，溶劑15％～25％；所有組分合計100％。

2.如權利要求1所述包含氧化石墨烯/黑滑石復合材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料，其特征在于，所述環(huán)氧樹脂為環(huán)氧樹脂e51、環(huán)氧樹脂e44、環(huán)氧樹脂e42、環(huán)氧樹脂e35中的一種或兩種以上任意比例的混合物。

3.如權利要求1所述包含氧化石墨烯/黑滑石復合材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料，其特征在于，所述填料為云母氧化鐵鱗片、云母粉、膨潤土、滑石粉、重鈣粉、納米三氧化二鋁中的一種或兩種以上任意比例的混合物。

4.如權利要求1所述包含氧化石墨烯/黑滑石復合材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料，其特征在于，所述分散劑選自byk-190、byk-111、byk-163分散劑中的一種或兩種以上任意比例的混合物。

5.如權利要求1所述包含氧化石墨烯/黑滑石復合材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料，其特征在于，所述溶劑為二甲苯：正丁醇體積比＝2～4：1的混合溶劑。

6.如權利要求1所述包含氧化石墨烯/黑滑石復合材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料的制備方法，其特征在于，所述制備方法為：

(1)氧化石墨烯/黑滑石復合材料的制備

將氧化石墨烯加入鹽酸水溶液中進行超聲分散，然后加入超細黑滑石粉，攪拌0.5～5h，超聲分散1～3h，形成均一穩(wěn)定的氧化石墨烯/黑滑石分散液，之后進行過濾、洗滌、烘干、研磨，制得氧化石墨烯/黑滑石復合材料；

(2)防腐涂料的配制

按照配方，將氧化石墨烯/黑滑石復合材料、環(huán)氧樹脂、鋅粉、填料、分散劑、溶劑混合，攪拌10～40min，然后將混合物料研磨至細度達到20～40μm，即得所述包含氧化石墨烯/黑滑石復合材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料。

7.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述氧化石墨烯/黑滑石分散液中，鹽酸濃度為0.2～0.5mol/l，氧化石墨烯濃度為10～60mg/ml，超細黑滑石粉濃度為10～50mg/ml。

8.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述超細黑滑石粉平均粒徑220nm。

技術總結

一種包含氧化石墨烯/黑滑石復合材料的環(huán)氧富鋅防腐涂料，由如下重量配比的組分組成：環(huán)氧樹脂10％～20％，氧化石墨烯/黑滑石復合材料15％～25％，鋅粉30％～50％，填料10％～30％，分散劑1％～5％，溶劑：15％～25％；所有組分合計100％；所述涂料可以將二維片層結構的防腐阻隔作用與鋅對金屬基體的陰極保護作用相結合，起到電化學防腐和物理防腐雙重功效，同時通過氧化石墨烯/黑滑石的復合可以克服單一氧化石墨烯組分易發(fā)生團聚的弊端，促進了石墨烯類復合材料在有機涂料體系中的分散性，本發(fā)明涂料防腐性能優(yōu)異，貯存穩(wěn)定不易產(chǎn)生沉淀現(xiàn)象，工藝簡單易于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術研發(fā)人員：張國亮;范子璇;許爐生

受保護的技術使用者：浙江工業(yè)大學

技術研發(fā)日：2021.02.08

技術公布日：2021.06.15