聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料及其制备方法和应用技术

技术编号:15782185 阅读:76 留言:0更新日期:2017-07-09 02:48
本发明专利技术公开了一种聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料、其制法及应用。所述涂料由A组分和B组分组成;所述A组分包含如下组分:水性环氧树脂乳液、聚吡咯@石墨烯复合助剂、分散剂、多磷酸盐、钛白粉、消泡剂、增稠剂、流平剂、微生物抑杀剂、去离子水;所述的B组分是水性环氧固化剂。在使用该涂料时,可以将A组分和B组分混合均匀,并涂覆于表面经过处理的基材表面,固化后制得涂层。本发明专利技术通过添加聚吡咯@石墨烯复合助剂,二者相互分散,有效抑制了团聚现象;聚吡咯的钝化作用和石墨烯优异阻隔性能二者协同作用,大幅提高了水性环氧涂层的抗腐蚀性能和机械力学性能。

Polypyrrole / graphene / epoxy emulsion three element composite waterborne anticorrosive coating and preparation method and application thereof

The present invention discloses one kind of Polypyrrole / graphene / epoxy emulsion three element composite waterborne anticorrosive coating, its preparation method and application. The coating of the A component and B component; the component A comprises the following components: waterborne epoxy resin emulsion, PPy @ graphene composite additives, dispersing agent, phosphate, titanium dioxide, defoaming agent, thickening agent, leveling agent, microbe killing agent, deionized water B; the group is waterborne epoxy curing agent. When the coating is used, the A component and the B component can be mixed evenly and coated on the surface of the treated base material, and the coating is prepared after curing. The present invention by adding polypyrrole @ graphene composite additives, two are dispersed, effectively inhibit the agglomeration of graphene; passivation effect and excellent barrier properties of polypyrrole were two synergistic, greatly improve the corrosion resistance and mechanical properties of waterborne epoxy coatings.

【技术实现步骤摘要】
聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料及其制备方法和应用
本专利技术属于防腐涂料
,具体涉及一种聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料及其制备方法和应用。
技术介绍
环氧树脂是一类重要的工程树脂,其分子结构中含有大量的苯环和醚键、体系强度大、分子结构致密、内聚能大,因此环氧树脂涂料与基材具有优异的粘结强度、机械性能和防腐性能,其在涂层防护中几乎占据了半壁江山。目前市场上环氧防腐涂料大部分是溶剂型涂料,尤其在重防腐领域。但是,随着人们环保意识增强以及国家环保政策越来越严苛,水性防腐涂料的需求越来越迫切,因此防腐性能优异的水性涂料受到很大重视。水性环氧涂料具有环氧树脂的诸多优点,但是大部分水性环氧涂料与溶剂型环氧涂料相比,防腐性能方面还有一定的差距。上世纪80年代,研究人员发现了导电聚合物对金属具有很好的防腐蚀效果后,导电聚合物在防腐蚀领域中的应用被广泛关注。聚吡咯是一类含有大键的本征导电聚合物,其单体无毒、易合成、导电率高、稳定性好,同时能够改变金属的腐蚀电位,使金属表面活性钝化而具有良好的防腐蚀性能,目前聚吡咯主要是以电化学方式直接在电极表面形成聚吡咯防腐膜层,电化学聚合法难以规模化应用,另外,聚吡咯分子链的刚性高、难加工、难熔融等缺点是聚吡咯在防腐涂料中应用的最大瓶颈。石墨烯是一种二维纳米片层状纳米材料,其极大的比表面积以及在涂层中交替随机排列,可以有效延长腐蚀介质的扩散路径,增强涂层的屏蔽性能,作为添加剂可以大幅提高涂层的抗腐蚀性能,但是其层结构之间的强-相互作用,导致石墨烯时极易发生团聚,因而限制了石墨烯在涂料中的其规模化应用。专利
技术实现思路
解决的技术问题:本专利技术的目的是提供一种聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料及其制备方法和应用,通过在水性涂料中添加聚吡咯@石墨烯复合助剂,利用聚吡咯@石墨烯复合助剂的独特性能来大幅增强涂料的防腐蚀性能,以克服现有水性涂料防腐蚀性能不足的缺点。技术方案:聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料,由A组分和B组分按质量比1-4:1组成;所述A组分以质量百分比包括以下原料:水性环氧树脂乳液30-50%,聚吡咯@石墨烯复合助剂1-10%,分散剂1-10%,多磷酸盐10-20%,钛白粉15-30%,消泡剂0.1-2%,增稠剂0.1-1%,流平剂0.1-0.5%,微生物抑杀剂0.1-0.5%,去离子水5-20%;所述B组分为环氧固化剂。进一步地,所述聚吡咯@石墨烯复合助剂由以下方法制备得到:将吡咯单体和石墨烯混合,冷却到0℃,加入对甲苯磺酸和过硫酸铵的混合液,反应24小时,过滤,用去离子水和乙醇洗涤得到聚吡咯@石墨烯复合助剂。进一步地,所述石墨烯为还原石墨烯和/或氧化石墨烯。进一步地,所述聚吡咯@石墨烯复合助剂中石墨烯的质量百分比为1-5%。进一步地,所述分散剂为聚羧酸钠和/或者聚羧酸铵。进一步地,所述消泡剂为改性有机硅乳液和聚醚类消泡剂按照质量比例1:1混合而成。进一步地,所述流平剂为聚醚改性硅油。进一步地,所述微生物抑杀剂为异噻唑啉酮。上述聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料的制备方法,包括以下步骤:步骤1,将分散剂和消泡剂加至去离子水中搅拌后,依次加入钛白粉、聚吡咯@石墨烯复合助剂、多磷酸盐和水性环氧树脂乳液,混合,然后砂磨机研细,用200目纱布过滤后调节黏度,加入流平剂、增稠剂和微生物抑杀剂,搅拌后得到A组分;步骤2,将B组分与A组分混合,制得所述聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料。上述聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料在制备抗腐蚀涂层中的应用。有益效果:1.聚吡咯以及石墨烯尽管作为添加剂可以提高涂层的防腐蚀性能,但纯聚吡咯加工难度大,在水性介质中分散困难;而石墨烯在不添加分散剂的条件下,更是几乎不可能均匀分散在水介质中。本专利技术的一种聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料及其形成的涂层添加了聚吡咯@石墨烯复合助剂,本专利技术通过在制备聚吡咯时候加入石墨烯材料,石墨烯表面残留的极性官能团以及二者之间的-作用促使石墨烯可以作为模板吸附大量的吡咯单体,引发聚合形成了聚吡咯@石墨烯纳米复合物。随着石墨烯含量增多,聚吡咯的团聚现象消失,并且由球形纳米粒子转变为了扁平层状纳米结构;与此同时,石墨烯表面“生长”的聚吡咯化合物也可以有效的分散并稳定石墨烯纳米材料,因此这种以石墨烯为模板制备聚吡咯@石墨烯复合助剂有效解决了聚吡咯和石墨烯纳米材料单独使用时的易团聚问题。2.本专利技术的一种聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料及其形成的涂层添加了聚吡咯@石墨烯复合助剂,一方面聚吡咯与金属表面反应形成钝化层,改变金属表面的电位,使得金属电位提高或形成致密阻挡层,从而导电聚合物以阳极形式保护了金属;另一方面,石墨烯纳米材料的二维层状结构以及在涂层中的均匀的随机排列,有效提高了涂层对腐蚀介质(如氧气、氯离子等)的屏蔽作用,二者协同作用,有效增强了改善了水性涂层对腐蚀介质的屏蔽性能,大幅提高了水性涂料的抗腐蚀性能。3.本专利技术的一种聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料及涂层的制备工艺简单易操作,成本低廉,易于大规模制造生产。附图说明图1是石墨烯、聚吡咯和聚吡咯@石墨烯复合助剂SEM图,图1(a)为石墨烯、图1(b)为聚吡咯、图1(c)为聚吡咯(99%)@石墨烯(1)、图1(d)为聚吡咯(98%)@石墨烯(2)、图1(e)为聚吡咯(97%)@石墨烯(3);图2是聚吡咯/环氧树脂和聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合材料的断裂界面SEM图,图2(a)为聚吡咯/环氧树脂、图2(b)为聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合材料。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明:如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术的一个方面提供了一种聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料,其包含质量比为1-4:1的A组分和B组分;所述A组分包含按照质量百分比(wt%)计算的如下组分:水性环氧树脂乳液30-50%,聚吡咯@石墨烯复合助剂1-10%,分散剂1-10%,多磷酸盐10-20%,钛白粉15-30%,消泡剂0.1-2%,增稠剂0.1-1%,流平剂0.1-0.5%,微生物抑杀剂0.1-0.5%,去离子水5-20%;所述B组分包括环氧固化剂。所述聚吡咯@石墨烯复合助剂包括聚吡咯和石墨烯两种组分。所述的聚吡咯@石墨烯复合助剂制备方法包括:将一定质量比例的吡咯单体和石墨烯混合均匀,并将其冷却到0℃,将一定质量的对甲苯磺酸和过硫酸铵混合液缓慢加入到上述体系中,反应24小时后,产物过滤,用去离子水和乙醇洗涤数次得到聚吡咯@石墨烯复合助剂。进一步优选的,所述石墨烯为还原石墨烯和/或氧化石墨烯。进一步优选的,所述石墨烯于所述复合助剂中所占的质量百分比为1-5%。在本专利技术中,通过在所述水性涂料中添加了聚吡咯@石墨烯复合助剂,显著增强了所形成的环氧涂层的抗腐蚀性能,主要原因可能在于:(1)石墨烯表面残留的极性官能团以及石墨烯与吡咯单体之间的π-π作用促使石墨烯作为模板制备聚吡咯@石墨烯纳米复合物,有效抑制了聚吡咯和石墨烯单独使用时易团聚,添加困难等缺点;(2)聚吡咯与金属表面反应形成钝化层,使得金属电位提高或形成阻挡层,本文档来自技高网
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聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料及其制备方法和应用

【技术保护点】
聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料,其特征在于:由A组分和B组分按质量比1‑4:1组成;所述A组分以质量百分比包括以下原料:水性环氧树脂乳液30‑50%,聚吡咯@石墨烯复合助剂1‑10%,分散剂1‑10%,多磷酸盐10‑20%,钛白粉15‑30%,消泡剂0.1‑2%,增稠剂0.1‑1%,流平剂0.1‑0.5%,微生物抑杀剂0.1‑0.5%,去离子水5‑20%;所述B组分为环氧固化剂。

【技术特征摘要】
1.聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料,其特征在于:由A组分和B组分按质量比1-4:1组成;所述A组分以质量百分比包括以下原料:水性环氧树脂乳液30-50%,聚吡咯@石墨烯复合助剂1-10%,分散剂1-10%,多磷酸盐10-20%,钛白粉15-30%,消泡剂0.1-2%,增稠剂0.1-1%,流平剂0.1-0.5%,微生物抑杀剂0.1-0.5%,去离子水5-20%;所述B组分为环氧固化剂。2.根据权利要求1所述的聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料,其特征在于:所述聚吡咯@石墨烯复合助剂由以下方法制备得到:将吡咯单体和石墨烯混合,冷却到0℃,加入对甲苯磺酸和过硫酸铵的混合液,反应24小时,过滤,用去离子水和乙醇洗涤得到聚吡咯@石墨烯复合助剂。3.根据权利要求2所述的聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料,其特征在于:所述石墨烯为还原石墨烯和/或氧化石墨烯。4.根据权利要求1所述的聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防腐涂料,其特征在于:所述聚吡咯@石墨烯复合助剂中石墨烯的质量百分比为1-5%。5.根据权利要求1所述的聚吡咯/石墨烯/环氧乳液三元复合水性防...

【专利技术属性】
技术研发人员:蒲吉斌解宝盛
申请(专利权)人:江苏华夏制漆科技有限公司
类型:发明
国别省市:江苏,32

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