一种长效防腐石墨烯改性无溶剂环氧涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种长效防腐石墨烯改性无溶剂环氧涂料及其制备方法，制备方法具体为：按照配方比例，将聚氨酯改性石墨烯微片加入无溶剂环氧树脂中，在60℃～80℃条件下搅拌20～60min，制得涂料的基体树脂；之后将润湿分散剂、防锈颜料、增稠剂按比例一次加入基体树脂中，采用砂磨机常温下进行研磨，转速控制在1000～2500r/min，研磨2～5h；然后研磨过程中将消泡剂分批加入，控制用量不超过配方总量的5％，研磨至细度达到50μm以下，采用滤网进行过滤封装，制得涂料基料；最后涂装前将涂料基料搅拌熟化30～40min，然后与固化剂按以上比例混合即可进行涂装。本发明专利技术使得石墨烯在涂层中均匀的定向分布，极大的提高了涂层耐腐蚀性。

【技术实现步骤摘要】
一种长效防腐石墨烯改性无溶剂环氧涂料及其制备方法
本专利技术属涂料领域，涉及一种环氧涂料改性方法，具体涉及一种长效防腐石墨烯改性无溶剂环氧涂料及其制备方法。
技术介绍
随着我国环境保护政策的日益严格，环保型长寿命防护涂料在海洋工程装备、舰船、石油化工、桥梁和重大装备等行业的应用需求日益迫切。常用的溶剂防腐涂料将逐渐被市场淘汰，无溶剂涂料的应用会越来越广泛，其中无溶剂环氧涂料是应用量最大的品种之一。无溶剂环氧涂料具有附着力强、防腐性能好、使用寿命长等优点。但涂料粘度较大、混合适用期短、低温固化速度慢，涂层存在脆性大、层间附着力差、“迷宫式”屏蔽效应不明显等缺点，与严酷环境中钢结构长效防腐保护的使用需求相比，存在着较大差距。石墨烯(Gr)是由碳原子构成的片状二维结构，具有强度高、物理阻隔性强、热稳定性好等特点，添加到无溶剂环氧涂料中，理想状态下可改善涂料的抗沉淀性能，显著提高涂层的柔韧性、耐蚀性和高低温耐受性，但由于其表面极性大、易团聚堆叠等缺陷，大大降低了石墨烯微片在涂层中的实际使用效果，更因其具有导电性在封闭涂层中搭接形成导电通道进一步加速了金属基材的电化学腐蚀，因此解决石墨烯的长期分散稳定性及其与有机树脂的相容性是石墨烯改性涂料推广应用的关键。公开号为CN110128943A的专利技术专利《一种石墨烯高效能防腐涂料及其制备方法和制品》，使用溶剂型环氧树脂、防锈颜料、有机溶剂、固化剂等原料制备的石墨烯高效能防腐涂料，利用石墨烯的特性在一定程度上增强了防腐防护的长效性，但制备方法中使用了较多的溶剂和催化剂进行分散反应，环保性不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种长效防腐石墨烯改性无溶剂环氧涂料及其制备方法，利用聚氨酯预聚体改性氧化石墨烯微片与环氧分子链上的羟基加成聚合，形成石墨烯嵌段聚合物，实现了石墨烯微片与树脂基体的化学键合，使其在树脂基体中完全定向排布，形成迷宫效应，将石墨烯微片的屏蔽性能充分发挥出来，大大提升了涂层的腐蚀防护性能。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种长效防腐石墨烯改性无溶剂环氧涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)按照配方比例，将聚氨酯改性石墨烯微片加入无溶剂环氧树脂中，在60℃～80℃条件下搅拌20～60min，制得涂料的基体树脂；步骤(2)将润湿分散剂、防锈颜料、增稠剂按比例一次加入基体树脂中，采用砂磨机常温下进行研磨，转速控制在1000～2500r/min，研磨2～5h；步骤(3)研磨过程中将消泡剂分批加入，控制用量不超过配方总量的5％，研磨至细度达到50μm以下，采用滤网进行过滤封装，制得涂料基料；步骤(4)涂装前将涂料基料搅拌熟化30～40min，然后与固化剂按以上比例混合即得可进行涂装的长效防腐石墨烯改性无溶剂环氧涂料。优选的，所述配方比例的各组分以质量计如下：优选的，所述聚氨酯改性石墨烯微片主要以多元醇、异氰酸酯和氧化石墨烯为原料，经过脱水、加成聚合、提纯工艺制备而成。优选的，所述无溶剂环氧树脂为低分子量改性双酚A环氧、低分子量改性双酚F环氧、低分子量脂环族环氧、低分子量酚醛改性环氧树脂中的任意一种或多种复配树脂。优选的，所述润湿分散剂为无溶剂缔合型聚氨酯和/或无溶剂丙烯酸分散剂。优选的，所述防锈颜料为磷酸锌、三聚磷酸铝、玻璃鳞片、铁红、锌粉中的任意一种或多种复配。优选的，所述消泡剂为含疏水离子的有机硅消泡剂。优选的，所述增稠剂为有机土、气相二氧化硅、聚酰胺增稠剂中的任意一种。优选的，所述固化剂为DETA(二乙烯三胺)、TETA(三乙烯四胺)、DEPA(三乙氨基丙胺)、TEPA(四乙烯五胺)、MDA(孟烷二胺)、IPDA(异佛尔酮二胺)、DDS(二氨基二苯基砜)、DDM(二氨基二苯基甲烷)中的任意一种或几种。优选的，步骤(3)中采用的滤网为150-250目，最优的为200目。本专利技术还提供一种长效防腐石墨烯改性无溶剂环氧涂料，其特征在于：采用上述任意一种制备方法制备。本专利技术还提供了一种聚氨酯改性石墨烯微片的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)按照配比将氧化石墨烯和多元醇加入三口烧瓶中，搅拌混合，同时进行高温真空脱水；步骤(2)高温真空脱水结束后继续混合搅拌，停止加热，控制反应温度冷却至室温，逐步加入异氰酸酯，监控反应温度，根据反应温度调整添加速率，控制反应温度保持在T℃以下；步骤(3)异氰酸酯添加完毕反应10～30min后，采用油浴加热将反应温度控制在75～85℃范围内，搅拌反应1.5-3h，采用滤网过滤封装，完成聚氨酯改性石墨烯微片制备。优选的，所述多元醇、异氰酸酯和氧化石墨烯的配比按照质量计如下：多元醇60～100异氰酸酯80～150氧化石墨烯1～10。优选的，步骤(1)中，高温真空脱水具体方法为采用油浴加热将温度控制在105～120℃范围内，利用真空泵进行真空脱水1.5-3h。优选的，步骤(3)中，滤网目数为150-250。优选的，所述多元醇为PTMG1000、PTMG650、PCDL1000、二乙醇胺、三乙醇胺中的任意一种或几种。优选的，所述异氰酸酯为HDI(1,6-己二异氰酸酯)、MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)、IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)、HMDI(4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯)、TDI(甲苯二异氰酸酯)、LDI(L-赖氨酸二异氰酸酯)中的任意一种或几种。优选的，步骤(2)中所述T的范围为70-80℃。本专利技术有益效果如下：本专利技术通过化学接枝的方式将石墨烯嫁接到环氧分子链上，通过化学键对石墨烯微片进行限位分散，解决了石墨烯微片易团聚堆叠的问题，实现了石墨烯微片在涂料中的长久稳定分散。另外本专利技术利用聚氨酯结构将氧化石墨烯微片化学接枝到环氧分子链上，再通过环氧基与固化剂中的胺基开环聚合，形成致密三维网状结构，通过化学键接的方式将石墨烯微片彻底的铺展开来，可以实现石墨烯微片在涂层中的定向排布，从而将石墨烯超高比表面积、超疏水、屏蔽性高的特性充分体现出来，为涂层的长效防腐性能提供了有利保障，再结合传统防锈颜料，可以进一步提升涂层的耐蚀性。附图说明图1为本专利技术实施例中纯环氧树脂的低倍数断口形貌图。图2为本专利技术实施例中纯环氧树脂的高倍数断口形貌图。图3为本专利技术实施例中石墨烯改性环氧树脂的低倍数断口形貌。图4为本专利技术实施例中石墨烯改性环氧树脂的高倍数断口形貌。图5改性与未改性环氧树脂的力学性能。图6石墨烯改性无溶剂环氧涂层盐雾试验宏观形貌图，其中图6(a)为盐雾试验前涂层的原始形貌，图6(b)为盐雾试验后涂层的腐蚀形貌。图7为对比例无溶剂环氧涂层盐雾试验宏观形貌图，其中图7(a)为盐雾试验前涂层的原始形貌，图7(b)为盐雾试验后涂层的腐蚀形貌。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种长效防腐石墨烯改性无溶剂环氧涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤(1)按照配方比例，将聚氨酯改性石墨烯微片加入无溶剂环氧树脂中，在60℃～80℃条件下搅拌20～60min，制得涂料的基体树脂；/n步骤(2)将润湿分散剂、防锈颜料、增稠剂按比例一次加入基体树脂中，采用砂磨机常温下进行研磨，转速控制在1000～2500r/min，研磨2～5h；/n步骤(3)研磨过程中将消泡剂分批加入，控制用量不超过配方总量的5％，研磨至细度达到50μm以下，采用滤网进行过滤封装，制得涂料基料；/n步骤(4)涂装前将涂料基料搅拌熟化30～40min，然后与固化剂按以上比例混合即可进行涂装。/n

【技术特征摘要】
1.一种长效防腐石墨烯改性无溶剂环氧涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)按照配方比例，将聚氨酯改性石墨烯微片加入无溶剂环氧树脂中，在60℃～80℃条件下搅拌20～60min，制得涂料的基体树脂；
步骤(2)将润湿分散剂、防锈颜料、增稠剂按比例一次加入基体树脂中，采用砂磨机常温下进行研磨，转速控制在1000～2500r/min，研磨2～5h；
步骤(3)研磨过程中将消泡剂分批加入，控制用量不超过配方总量的5％，研磨至细度达到50μm以下，采用滤网进行过滤封装，制得涂料基料；
步骤(4)涂装前将涂料基料搅拌熟化30～40min，然后与固化剂按以上比例混合即可进行涂装。


2.如权利要求1所述长效防腐石墨烯改性无溶剂环氧涂料的制备方法，其特征在于：所述配方比例的各组分以质量计如下：





3.如权利要求2所述长效防腐石墨烯改性无溶剂环氧涂料的制备方法，其特征在于：所述聚氨酯改性石墨烯微片主要以多元醇、异氰酸酯和氧化石墨烯为原料，经过脱水、加成聚合、提纯工艺制备而成。


4.如权利要求2所述长效防腐石墨烯改性无溶剂环氧涂料的制备方法，其特征在于：所述无溶剂环...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯增辉，汪洋，刘兰轩，康岩松，李冬冬，秦卫华，吴东恒，
申请(专利权)人：武汉材料保护研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42