石墨烯和片状导电材料复合的低锌防腐组合物及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯和片状导电材料复合的低锌防腐组合物及应用。所述低锌防腐组合物包含树脂基体体系、高纯碳石墨烯材料、片状导电硅酸盐材料、锌颗粒、功能填料以及助剂。由所述低锌防腐组合物形成的防腐涂层中高纯碳石墨烯材料和片状导电硅酸盐材料复合成层层叠加搭接形成微纳米结构，并与锌粒子形成电子传递网络。本发明专利技术不仅实现高纯碳石墨烯材料和片状导电硅酸盐材料的层层叠加形成密实的物理阻隔，而且与锌粉连成导电回路，大幅度提高涂料耐防腐性能，比富锌涂料对钢铁基材起到更长久的保护，具有更强的抗开裂的机械性能，提高了涂膜的附着力、耐冲击性等物理性能，而且具有良好的导电性能兼具防静电的功能。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯和片状导电材料复合的低锌防腐组合物及应用
本专利技术涉及一种防腐涂料，特别涉及一种含高纯碳石墨烯和片状导电硅酸盐复合的低锌防腐组合物及其制备方法，以及其形成的涂层与应用，属于防护材料

技术介绍
采用有机涂料防护保护钢材不被腐蚀是广为使用的防护方法。有机涂料防腐蚀由三部分机理组成：1)机械阻隔即涂层隔断腐蚀介质入侵导材料表面；2)如果腐蚀介质浸到钢材的表面，涂层含锌粒子牺牲锌产生阴极保护；3)如果局部腐蚀开始发生但涂层具有腐蚀抑制效果，腐蚀不能蔓延。和钢材直接接触的涂层为底漆，需要含有大量的锌粉来使得锌粉和锌粉之间能接触与钢材形成导电通路，锌的电位比铁低更容易失去电子，在有腐蚀介质存在下，比铁先失去电子保护钢铁不被腐蚀，锌成为阳极。这种机理被称为牺牲锌粉的阴极保护。由于这种机理需要确保锌粒子和钢铁基材表面具有导电的通路，涂料的组分要求含有高比例的锌组分。由ISO/TC35色漆和清漆技术委员会钢结构防腐蚀涂料系统SC14分委会制订的国际标准ISO12944-2017色漆和清漆－防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护，是针对采用涂料体系和涂覆层来进行钢结构的腐蚀保护设计，在不同腐蚀环境和防护寿命要求的涂料技术指标和试验测试方法。在高盐度沿海和海上腐蚀环境是定义为C5防护要求年限15-25年，在该文件中对涂层的中性耐盐雾要求是1440小时。盐雾小时数是涂料防腐蚀行业采用的加速腐蚀方式来评价防护性能和防护寿命的重要指标。为了取得高的防腐蚀效果，要求锌粉含量尽可能的高。如在ISO12944第5部分：防护涂料体系，对富锌底漆的定义在干的漆膜中锌粉的质量含量不低于80％。定义高的锌含量是为了达到在苛刻的腐蚀环境中有足够的防护效果。可是高锌含量使得涂层干膜中的树脂相非常少往往不足以覆盖颜填料的表面，漆膜的结构变的松散，不足以提供良好的阻隔效果，而且带来漆膜的机械性能减弱，耐冲击性能下降和容易开裂。在商务方面，高锌含量也不利于降低涂料的成本和保护金属锌的重要战略资源。行业的研发都在努力通过各种技术途径来最大限度的充分利用锌粉得到最好的防腐蚀效果和机械性能。例如，公开号为CN109486343A的专利公开的是一种采用石墨烯和锌粉和铝粉称为粉末双金属涂料及其制备方法，该技术的组分全部是固体份的粉末组分。用于需要对粉末进行在高温溶融的成型工艺，因此粉末涂料的防护在大型的钢结构件上和户外的结构件不能使用。粉末涂料和液体防腐涂料的应用领域有很大的区别。又例如，CN108485476A公开了一种钢结构防腐的锌烯防腐涂料，该公开是采用了石墨烯层数为30层以下，片状的材料为锌粉本身，含量为0.01-28％，是为超低锌的含量。HG/T5573-2019石墨烯锌粉涂料的标准对石墨烯的定义是以1-10层内定义为石墨烯材料。所以按现行标准，这样的组合不是严格意义的石墨烯涂料，锌含量在干膜中低于30％，也不能符合该标准的锌含量为30％以上的要求。再例如，CN109762446A公开了一种水性环氧石墨烯锌防腐涂料、其制备方法及应用，该专利技术是以水性环氧树脂为基体，添加石墨烯浆料，和锌粉形成协同作用，但使用的体质颜料包括滑石粉、云母粉和沉淀硫酸钡中的任意一种或两种以上的组合。但是，这些颜填料是绝缘体在涂层里并不能参与导电的网络的建立。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种石墨烯和片状导电材料复合的低锌防腐组合物及其制备方法，以使锌粉在石墨烯复合片状导电材料形成的导电和阻隔网络中最大幅度的发挥作用提高抗腐蚀性能和机械性能。本专利技术的另一目的在于提供所述石墨烯和片状导电材料复合的低锌防腐组合物的应用。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种石墨烯和片状导电材料复合的低锌防腐组合物，以固体干膜计，所述低锌防腐组合物包含：树脂基体体系、高纯碳石墨烯材料、片状导电硅酸盐材料、锌颗粒、功能填料以及助剂。在一些实施方案中，以固体干膜计，所述低锌防腐组合物包含按照质量百分比计算的如下组分：10～30％树脂基体体系、0.1～2％高纯碳石墨烯材料、2～10％片状导电硅酸盐材料、25～70％锌颗粒、2～35％功能填料以及0.5～3％助剂。在一些实施方案中，所述石墨烯材料为含碳量在90wt％以上、层数为1～10层的石墨烯材料。本专利技术实施例还提供了由前述石墨烯和片状导电材料复合的低锌防腐组合物形成的防腐涂层，其中高纯碳石墨烯材料和片状导电硅酸盐材料层层叠加搭接形成微纳米结构，并与锌粒子形成电子传递网络。本专利技术实施例还提供了由前述石墨烯和片状导电材料复合的低锌防腐组合物形成的防腐涂层的制备方法，其包括：将树脂基体体系、高纯碳石墨烯材料、片状导电硅酸盐材料、锌颗粒、功能填料、助剂以及溶剂混合均匀，之后去除所述溶剂，获得所述防腐涂层。本专利技术实施例还提供了一种防腐蚀体系，其包括底漆、中间漆和面漆，所述底漆选自前述的石墨烯和片状导电材料复合的低锌防腐组合物。本专利技术实施例还提供了前述石墨烯和片状导电材料复合的低锌防腐组合物或防腐涂层或防腐蚀体系于基材表面防腐、导电或防静电领域中的用途。例如，本专利技术实施例还提供了一种基材表面防腐方法，其包括：将前述石墨烯和片状导电材料复合的低锌防腐组合物施加于基材表面，形成防腐涂层。与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少在于：1)本专利技术提供的含石墨烯和片状导电硅酸盐的低锌防腐组合物可用于防腐蚀涂层系统和钢材表面接触的底漆，提供比传统富锌更优异的防腐蚀性能，更强的抗开裂的机械性能，提高了涂膜的附着力、耐冲击性等物理性能，而且具有良好的导电性能兼具防静电的功能；2)本专利技术不仅实现高纯碳石墨烯和片状填料的层层叠加形成微纳米的良好组合，阻止水、氧气和腐蚀介质的侵蚀，而且这些导电组分与锌粉粒子连成导电回路，使得金属锌充分发挥阴极保护效果，大幅度提高涂料耐防腐性能，对钢铁基材起到更长久的保护，而且本专利技术采用安全环保的机械插层分离的高纯碳石墨烯，含碳量在90wt％以上，减少了含氧基团的引入，减少亲水基团的存在解决涂层的起泡问题，从而制备出更高导电，更优防腐性能的防护涂料；3)在防腐蚀领域，本专利技术的组合物可用于钢结构设备和设施的防护，如轨道交通、桥梁机场、风电火电能源领域，海工装备、石油贮存设备(油管、油罐)、油气管道、化工设备和厂房场馆、高层建筑钢结构、饮水设施、垃圾处理设备等的防护，其防静电导热的功能可广泛应用于石油、化工、建材、电子、机电、通讯、汽车、造纸、纺织、包装、印刷、船舶、陶瓷、航空航天、兵器等各个工业部门的导电、防静电领域。具体实施方式针对目前防腐涂料的诸多不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其是用高纯碳石墨烯材料和片状导电非金属硅酸盐矿物填料复合到含锌粉的防腐组合物中，用于保护钢铁的表面不被锈蚀做底漆。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。本专利技术实施例的一个方面提供的一种含石墨烯和片状导电硅酸盐的低锌防腐组合物，以固体干膜计，所述低锌防腐组合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯和片状导电材料复合的低锌防腐组合物，其特征在于，以固体干膜计，所述低锌防腐组合物包含：树脂基体体系、高纯碳石墨烯材料、片状导电硅酸盐材料、锌颗粒、功能填料以及助剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯和片状导电材料复合的低锌防腐组合物，其特征在于，以固体干膜计，所述低锌防腐组合物包含：树脂基体体系、高纯碳石墨烯材料、片状导电硅酸盐材料、锌颗粒、功能填料以及助剂。


2.根据权利要求1所述的石墨烯和片状导电材料复合的低锌防腐组合物，其特征在于，以固体干膜计，所述低锌防腐组合物包含按照质量百分比计算的如下组分：10～30％树脂基体体系、0.1～2％高纯碳石墨烯材料、2～10％片状导电硅酸盐材料、25～70％锌颗粒、2～35％功能填料以及0.5～3％助剂。


3.根据权利要求1或2所述的石墨烯和片状导电材料复合的低锌防腐组合物，其特征在于：所述高纯碳石墨烯材料为含碳量在90wt％以上、层数为1～10层的石墨烯材料；所述石墨烯材料为固体粉料状态，或者是石墨烯分散浆料；
和/或，所述片状导电硅酸盐材料包括表面包覆导电掺锑和/或铝的二氧化锡的云母粉、石英粉、石英砂、玻璃鳞片中的任意一种或两种以上的组合；所述片状导电硅酸盐材料的片径为10～50μm。


4.根据权利要求1或2所述的石墨烯和片状导电材料复合的低锌防腐组合物，其特征在于：所述树脂基体体系包括水性环氧树脂体系、溶剂型环氧树脂体系和无溶剂环氧树脂体系、水性无机硅酸盐体系或者溶剂型无机硅酸盐体系；优选的，所述树脂基体体系包括在水中乳化的环氧树脂体系和/或环氧树脂含水分散体；优选的，所述树脂基体体系所含环氧树脂包括双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、酚醛环氧树脂中的任意一种或两种以上的组合；
和/或，所述树脂基体体系还包括固化剂，优选包括脂肪族多元胺类固化剂、芳香族多元胺类固化剂、聚酰胺类固化剂、改性酚醛胺类固化剂、叔胺类固化剂中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述低锌防腐组合物中固化剂的含量为2～15wt％。
和/或，所述低锌防腐组合物优选包含30～60wt％锌颗粒；优选的，所述锌颗粒采用金属锌含量在90～99wt％，优选为95～99wt％的锌粉；所述锌粉的形状包括球形或片状，所述锌粉的粒径为300～1000目，优选为325～600目；
和/或，所述功能填料的形貌为球状或无规则状态，优选为球状SiO2、球状陶瓷粉、球状硅微粉、球状高聚物微珠中的任意一种或两种以上的组合；
和/或，所述助剂包括增稠剂和/或润湿分散剂；优选的，所述增稠剂包括有机膨润土、聚酰胺蜡中的任意一种或两种的组合，所述润湿分散剂包括不饱和多元酰胺、改性聚硅氧烷羧酸聚合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：危春阳，张兴亮，危德博，
申请(专利权)人：涂创时代苏州科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32