基于石墨烯的有机无机耐高温防腐涂料及其制备方法技术

基于石墨烯的有机无机耐高温防腐涂料及其制备方法，涉及耐高温防腐涂料的制备技术领域。本发明专利技术以石墨烯分散剂和偶联剂为主要分散介质，对石墨烯等纳米材料具有很好的润湿稳定和化学改性作用，对石墨烯和纳米材料的分散稳定起到很好的作用；在加强物理分散石墨烯方面通过纳米研磨和超声波，对石墨烯彻底分散具有更好的作用；经过研磨分散的石墨烯和纳米材料可以达到生产本体系的要求。

Graphene-based Organic-inorganic High Temperature Resistant Anticorrosive Coatings and Their Preparation Method

The organic-inorganic high temperature resistant anticorrosive coatings based on graphene and the preparation method thereof relate to the preparation technology field of high temperature resistant anticorrosive coatings. The present invention takes graphene dispersant and coupling agent as the main dispersing medium, has good wetting stability and chemical modification effect on nano-materials such as graphene, plays a good role in the dispersion stability of graphene and nano-materials, and has better effect on the complete dispersion of graphene through nano-grinding and ultrasonic wave in strengthening physical dispersion of graphene. Graphene and nanomaterials can meet the requirements of the production system.

【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯的有机无机耐高温防腐涂料及其制备方法
本专利技术涉及耐高温防腐涂料的制备

技术介绍
石墨烯是2004年发现，因具有超高强度、超高导电、导热系数、高比表面积的等特性，被业界誉为“新材料之王”。石墨烯防腐特性：石墨烯本身没有防腐特性，但石墨烯的本征特性，如小分子高比表面积，片层结构，高导电，高导热，高机械强度可以对多种材料性能进行改性，从而达到高效防腐等功效。耐高温防腐涂料，目前市场上常用的防腐涂料以溶剂型防腐涂料，和溶剂型的环氧富锌底漆为主，石墨烯改性的防腐涂料也多以溶剂型为主。目前的耐高温防腐涂料VOC较高，防腐性能低下，不能经受长时间严劣条件下的使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种配方简易，能有效达到低VOC、高防腐特性、高性能的基于石墨烯的有机无机耐高温防腐涂料。本专利技术由以下原料及各重量组分组成：水性无机硅酸盐粘结剂10～30%、有机硅树脂10～20%、石墨烯粉末0.5～1.5%、偶联剂0.5～1%、石墨烯粉末0.5～1.5%、防锈颜料15～30%、纳米功能材料5～15%、触变剂0.5～1%、其他助剂0.1～5%和去离子水。本专利技术的水性无机硅酸盐粘结剂和水性有机硅树脂乳液的复配，是典型的有机无机共混改性。可兼具有机无机树脂粘结剂的所有特性，达到超高防腐的效果。本专利技术选用具有高导电性，高导热性、高机械强度，高比表面积及高化学稳定性的石墨烯纳米材料；选用具有耐高温，高耐候性和优异防腐性能的有机硅树脂液和无机硅酸盐粘结剂复配组合；选用具有纳米功能特性和多重防锈功能的纳米材料；选择具有优秀的防腐性能的防锈颜料。通过石墨烯的小分子效应，可提供漆膜致密的物理隔绝层，增加漆膜的附着力，和机械强度；通过石墨烯与防锈颜料的协同防腐；通过水性无机硅酸盐粘结剂，水性有机硅树脂液的复配组合，达到增强涂层防腐性，柔韧性，附着力，耐酸耐碱，耐候性，耐高温等特性；通过多种防锈功能颜填料的组合也能提高漆膜的物理化学防锈性能。通过石墨烯与防锈颜料、纳米功能材料颗粒混合复配，达到物理屏蔽，电性能，机械性能的合理改性；通过偶联剂，石墨烯分散剂对石墨烯片的层间润湿、边际修复及有机无机树脂对固体颗粒表面进行改性处理，较好的解决了石墨烯的润湿分散；对改性后的石墨烯，颜填料颗粒，使用纳米研磨机的合理研磨分散，使涂料粒度达到合理范围，从而达到理想的防腐效果。本专利技术采用纳米级无机硅酸盐粘结剂，具有高耐候，耐高温，低VOC含量，无毒无味，高化学物理及机械稳定性等特点，而有机硅树脂液同样具有耐高温，高耐候等特性，两者的复合改性兼顾高机械强度，柔韧性，高附着力，致密性等特点，从而达到超高防腐性的综合性能。进一步地，本专利技术所述水性无机硅酸盐粘结剂为耐高温纳米改性无机硅酸钠粘结剂、耐高温纳米改性无机硅酸钾粘结剂或耐高温纳米改性无机硅酸锂粘结剂中的至少一种。优选耐高温纳米改性无机硅酸锂粘结剂。选用无机硅酸盐作为本体系的主要成膜物质，主要考虑无机硅酸盐耐高温特性能和优秀的防腐蚀性能，本专利技术优选无机硅酸锂粘结剂作为本体系成膜物质，无机硅酸锂可与碱性水溶液互溶，具有自干特性，能反应生产不溶于水的干膜，能与表面亲水基团羟基、羧基、氨基等的物质起反应形成耐高温薄膜，并能长效防腐蚀。本专利技术所述水性有机硅树脂液为水性甲基苯基改性硅氧烷树脂液。该树脂最突出的性能是具有优异的热氧化稳定性，主要是—Si—O—Si—为骨架，色漆和白漆可以在250-310℃以下不分解变色，在400℃以上温度下有机硅涂料会进一步产生交联，分子间进一步形成新的—Si—O—Si—键和—Si—O—M（金属离子）—键，而不是树脂分解。通过与无机粘结剂的混拼改性，可获得有机无机涂料的基本性能。所述石墨烯粉末为平均层数为10层以下的少层石墨烯粉末。本专利技术中的石墨烯分散剂是一种特殊的高聚物表面活性剂，能包覆和润湿石墨烯片表面，对石墨烯粒子片层间合成了具有电活性和缓冲能力π-表面活性剂结构，通过π-表面活性剂-π键相互作用使石墨烯在石墨烯分散剂作用下可高效分散在水中，同时偶联剂的活性官能团可改善石墨烯的表面性能，增加了石墨烯层间浸润特性和亲水性,一些偶联剂还具有对石墨烯片的边角的修饰改性作用，从而使石墨烯能够较好的分散在涂料树脂体系里。本专利技术所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、聚硅氧烷偶联剂、络酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的至少任意一种。选择偶联剂因为偶联剂与物质界面能形成很好化学键合作用，偶联剂与无机填料和聚合物分子键合，起着在无机相与有机相之间相互连接的桥梁作用，同时偶联剂具有很好的界面浸润效应，能有效减弱有机树脂的收缩内聚强度，从而增加漆膜对底材的粘结强度。这些作用对石墨烯分散和稳定同样必要，偶联剂对石墨烯还有修饰改性的作用，可以更好的稳定石墨烯。所述纳米功能材料为纳米氧化锌、纳米氧化钛、纳米氧化铝或纳米氧化锆中的至少任意一种。选择纳米功能材料，具有耐高温特性，对涂层致密性和增加漆膜附着力有作用，为耐高温防腐蚀功能填料。所述触变剂为水性有机硅改性膨润土触变剂或气相二氧化硅触变剂。经有机硅改性的膨润土和气相二氧化硅为体系触变剂，选择硅改性赋予膨润土耐高温性能，气相二氧化硅本身已具有耐高温性能。本专利技术另一目的是提出以上耐高温防腐涂料的制备方法。本专利技术包括以下步骤：1）将部分去离子水、石墨烯分散剂和偶联剂经中速分散后加入石墨烯粉末和纳米功能填料，再经高速分散，然后以超声波分散后，把浆料置于纳米研磨机内经高速研磨至浆料的细度低于15um，制得水性石墨烯浆料；2）将水性无机硅酸盐粘结剂和部分去离子水部分其他助剂混合，在搅拌条件下加入部分触变剂，经中速分散后再加入防锈颜料，再经高速分散，制得分散浆料；3）纳米研磨机内，将分散浆料和水性石墨烯浆料混合，经高速研磨，制得研磨浆料；4）将研磨浆料、水性有机硅树脂乳液、剩余的其他助剂、触变剂和剩余的去离子混合，经中速搅拌，取得耐高温防腐涂料。本专利技术以石墨烯分散剂和偶联剂为主要分散介质，对石墨烯等纳米材料具有很好的润湿稳定和化学改性作用，对石墨烯和纳米材料的分散稳定起到很好的作用；在加强物理分散石墨烯方面通过纳米研磨和超声波，对石墨烯彻底分散具有更好的作用；经过研磨分散的石墨烯和纳米材料可以达到生产本体系的要求。通过以上方法取得的耐高温防腐涂料的细度为30μm以下，成品的涂四杯粘度为35～80s，pH值为8.5～9.5。进一步地，本专利技术上述中速分散的速度为600～800r/min，所述高速分散的速度为1000～1500r/min。所述高速研磨的研磨速度为2000～2500r/min。具体实施方式一、涂料生产步骤：按照表1的组分配方准备各实施材料。表1：耐高温防腐涂料的三个实施例配方表（单位：kg）原料名称实施例1实施例2实施例3水性无机硅酸盐粘结剂253020水性有机硅树脂乳液151020石墨烯粉末11.50.5石墨烯分散剂111偶联剂111.5防锈颜料202530触变剂111纳米功能材料151010其他助剂112去离子水2019.516上表中，水性无机硅酸盐粘结剂为耐高温纳米改性无机硅酸钠粘结剂、耐高温纳米改性无机硅酸钾粘结剂或耐高温纳米改性无机硅酸锂粘结剂中的至少任意一种。水性有机硅树脂乳液为水性甲基苯基改性硅氧烷树脂液。石墨烯粉末为平均层数为10层以下的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于石墨烯的有机无机耐高温防腐涂料，其特征在于由以下原料及各重量组分组成：水性无机硅酸盐粘结剂10～30%、有机硅树脂10～20%、石墨烯粉末0.5～1.5%、偶联剂0.5～1%、石墨烯粉末0.5～1.5%、防锈颜料15～30%、纳米功能材料5～15%、触变剂0.5～1%、其他助剂0.1～5%和去离子水。

【技术特征摘要】
1.基于石墨烯的有机无机耐高温防腐涂料，其特征在于由以下原料及各重量组分组成：水性无机硅酸盐粘结剂10～30%、有机硅树脂10～20%、石墨烯粉末0.5～1.5%、偶联剂0.5～1%、石墨烯粉末0.5～1.5%、防锈颜料15～30%、纳米功能材料5～15%、触变剂0.5～1%、其他助剂0.1～5%和去离子水。2.根据权利要求1所述基于石墨烯的有机无机耐高温防腐涂料，其特征在于所述水性无机硅酸盐粘结剂为耐高温纳米改性无机硅酸钠粘结剂、耐高温纳米改性无机硅酸钾粘结剂或耐高温纳米改性无机硅酸锂粘结剂中的至少任意一种。3.根据权利要求1所述基于石墨烯的有机无机耐高温防腐涂料，其特征在于所述硅丙乳液为有机硅接枝改性丙烯酸酯共聚物乳液。4.根据权利要求1所述基于石墨烯的有机无机耐高温防腐涂料，其特征在于所述石墨烯粉末为平均层数为10层以下的少层石墨烯粉末。5.根据权利要求1所述基于石墨烯的有机无机耐高温防腐涂料，其特征在于所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、聚硅氧烷偶联剂、络酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的至少任意一种。6.根据权利要求1所述基于石墨烯的有机无机耐高温防腐涂料，其特征在于所述纳米功能材料为纳米氧化锌、纳米氧化钛、纳米氧化铝或纳米氧化锆中的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞第驱，戴海雄，张友法，卞直兵，马庆磊，夏元林，
申请(专利权)人：江苏金陵特种涂料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32