阅读说明：本技术 一种添加石墨烯的水性涂料及其制备方法 (Water-based paint added with graphene and preparation method thereof ) 是由 马利纳 王洁 楚会来 胡中源 于 2019-09-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及水性涂料领域,尤其涉及一种添加石墨烯的水性涂料及其制备方法。该水性涂料的包括以下成分：水性环氧改性醇酸树脂、分散剂、流平剂、pH值调节剂、催干剂、抗油剂、流变助剂、纳米氧化铝、复合磷酸锌、硫酸钡、颜料、石墨烯水溶液、缓蚀剂、增稠剂和去离子水。本涂料经过水性环氧改性醇酸树脂、石墨烯、纳米氧化铝以及其他各成分的复配,使所得涂膜具有优异的防腐性能和耐候性,可用作钢质管道的防腐涂料。(The invention relates to the field of water-based paint, in particular to water-based paint added with graphene and a preparation method thereof. The water-based paint comprises the following components: the paint comprises water-based epoxy modified alkyd resin, a dispersing agent, a leveling agent, a pH value regulator, a drier, an oil-resistant agent, a rheological additive, nano aluminum oxide, composite zinc phosphate, barium sulfate, a pigment, a graphene aqueous solution, a corrosion inhibitor, a thickening agent and deionized water. The coating is compounded by waterborne epoxy modified alkyd resin, graphene, nano-alumina and other components, so that the obtained coating has excellent corrosion resistance and weather resistance, and can be used as an anticorrosive coating for steel pipelines.)

一种添加石墨烯的水性涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水性涂料领域，尤其涉及一种添加石墨烯的水性涂料及其制备方法。

背景技术

埋地管道作为油气的传输载体、地面工程的重要设施之一，是连接上游资源和下游用户的纽带。由于管道长期埋在地下，穿越的地形复杂，土壤土质多种多样，外界土壤特性及地形沉降等因素会使钢制的埋地管道发生腐蚀、穿孔、泄漏等情况而带来重要的损失，包括构件费、修理费、防腐费和设备更换费等直接损失，以及停产、腐蚀泄漏引起产品流失、腐蚀产物积累或腐蚀破损引起的损失等间接损失。此外管道腐蚀引起的有害物质泄漏还会造成严重的环境污染，甚至引起灾难并危及人身安全。因此对钢制的埋地管道需要采取严格的外防腐措施。目前通常采取的外防腐措施主要是喷涂防腐涂料，在隔绝有害物质侵蚀的同时还可以起到美观作用。

现有技术中对于钢制管道喷涂的主要是油性防腐涂料，但随着环保政策的出台，水性防腐涂料成为发展趋势。但目前水性涂料的防腐性欠佳，难以满足埋地钢制管道对于防腐的高要求。

发明内容

针对目前水性涂料防腐性能欠佳的问题，本发明提供一种添加石墨烯的水性涂料。

以及，本发明还提供上述添加石墨烯的水性涂料的制备方法。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下技术方案：

一种添加石墨烯的水性涂料，包括以下重量份数配比的原料：水性环氧改性醇酸树脂40～60份、分散剂1～3份、流平剂2～4份、pH值调节剂0.5～2份、催干剂0.8～1.2份、抗油剂0.5～1.5份、流变助剂0.5～2份、纳米氧化铝1～5份、复合磷酸锌10～15份、硫酸钡5～10份、颜料11～17份、石墨烯水溶液2～5份、缓蚀剂0.5～2份、增稠剂0.1～0.5份和去离子水10～25份；其中，所述石墨烯水溶液中石墨烯的质量百分浓度为4～6‰，并含有质量浓度为1～1.5‰的硅烷偶联剂。

本发明的水性涂料中使用的水性环氧改性醇酸树脂是用环氧、油酸、丙烯酸改性的树脂，具有较好的耐盐雾性和耐水性，表干较快，对钢质管道有优异的附着力，还拥有良好的光泽，且对颜填料包覆性好，能使涂膜成膜后光亮丰满，具有良好的外观。如广树化工的GS-5000B。

该涂料中使用的石墨烯是良好的表面活性剂，有助于提高该水性涂料的润湿性和附着力，其片状结构还能够使涂膜具有较高的力学强度，可提高本涂料成膜后的拉伸强度，降低伸长率，使涂膜具有良好的耐水性和耐酸碱性，显著提升了涂膜的防腐性能，使该涂料应用于钢制管道时可发挥更好的保护作用；并且石墨烯具有良好的抑菌性，可避免细菌侵染涂膜而破坏其完整性，维护了涂膜的防腐性和防污性；同时石墨烯还可提高涂膜的隔热效果和阻燃效果，使涂膜在安全防护方面具有一定作用。优选使用昌隆石墨制品生产的石墨烯粉。

将该硅烷偶联剂与石墨烯制成特定浓度的石墨烯水溶液后，所得水溶液中的石墨烯不易团聚，稳定性高，可长时间储存，便于大生产中的配制与保存，且可提高涂膜的强度。该石墨烯水溶液的制备方法为：将硅烷偶联剂与石墨烯置于去离子水中，超声至硅烷偶联剂与石墨烯分散均匀。

该涂料中使用的纳米氧化铝能够增加该涂料的涂膜硬度和耐摩擦性，有利于保持涂膜的完整性，进而提升其防腐性。

该涂料经过水性环氧改性醇酸树脂、石墨烯、纳米氧化铝以及其他各成分的复配，使所得涂膜具有优异的防腐性能和耐候性，可用作钢质管道的防腐涂料。

优选地，所述水性涂料包括以下重量份数配比的原料：水性环氧改性醇酸树脂52份、分散剂2.4份、流平剂3.5份、pH值调节剂1.4份、催干剂1.0份、抗油剂1.1份、流变助剂1.5份、纳米氧化铝3份、复合磷酸锌13份、硫酸钡8份、颜料13.5份、石墨烯水溶液3.5份、缓蚀剂1.6份、增稠剂0.38份和去离子水20份。

优选地，所述催干剂为广树化工的GS-101，该催干剂与水性环氧改性醇酸树脂，特别是树脂广树化工的GS-5000B配套使用具有良好的实干性，可满足流水线涂刷的要求。

优选地，所述抗油剂为聚醚硅氧烷共聚物，如迪高270，具有优异的防缩孔效果和良好的重涂性，还具有促进涂料流动的作用。

优选地，所述缓蚀剂为玻璃纤维和硫脲缓蚀剂质量比为1:1.8～2.2的混合物。二者配合使用，使涂膜的耐酸性和耐碱性均明显改善，显著提高了本水性涂料的防腐效果。硫脲有弱还原性，可以与强氧化剂发生反应，在本涂料涂装时，可以直接自发吸附在钢质管道表面形成一层致密缓蚀层，配方中的纳米氧化铝在该缓蚀层外表面形成纳米氧化铝薄膜，纳米氧化铝薄膜外则是本水性涂料中其他成分形成的以石墨烯为增强骨架的环氧树脂涂膜。虽然石墨烯具有弱氧化性，但由于其与硫脲之间有纳米氧化铝薄膜，因此石墨烯并不会与硫脲发生化学反应。

优选地，所述缓蚀剂为玻璃纤维和硫脲缓蚀剂质量比为1:2的混合物。

优选地，所述硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，优选迈图Y9669。

优选地，所述分散剂为附有颜料锚定基团的乙烯基共聚物，如AFCONA的4474，具有优异的稳定颜料性能，能够提升涂膜的颜色均一性。

优选地，所述流变助剂为膨润土，能够给该涂料体系提供热稳定性和触变性，还可防止颜料硬沉淀、降低水分收缩，将分色、发花现象降至最低，使涂料外观色泽饱满。如海明斯的膨润土LT。

优选地，所述硫酸钡的细度为1500目。

优选地，所述颜料为钛白粉10～15份和炭黑1～2份。如钛白粉R706和炭黑MA100。

优选地，所述流平剂为丙烯酸流平剂，可改善本涂料体系的流平和流动，并能够提高漆膜光泽、消除缩孔和鱼眼、减少桔皮和针孔，既能改善涂膜的表面质量，又能防止水分渗入涂膜而影响其防腐性。如法国先创PW-336，不含VOC，同时，该流平剂不影响层间附着力，还具有消泡和脱泡作用，并可改善底材润湿性。

优选地，所述增稠剂为非离子改性水溶性聚氨酯增稠剂和疏水改性缔合型增稠剂的等质量比混合物。非离子改性水溶性聚氨酯增稠剂具有优异的牛顿流变特性、流动和流平性，以及在很宽的pH范围内性能稳定和防微生物降解的特性，且与涂料的乳液粒子表面具有很强的缔合作用，具有更高的增稠效率，能够使涂膜的丰满度高、光泽高。如不含有机溶剂的宁柏迪PS-202。疏水改性缔合型增稠剂具有高效的增稠效果，流动、流平和抗飞溅性能优越，施工性能良好，可展现出高剪切粘度、滞刷性和上漆性，漆辊移动性能和遮盖力好，还具有可靠的生物稳定性，能够抵抗微生物和酶的降解。如上海田裕化工的AP-660，不含有机溶剂、有机锡和无机重金属等有害成分，无毒无味，使用安全，不增加该水性涂料的有机挥发物含量。

以及，本发明还提供上述添加石墨烯的水性涂料的制备方法，按重量份数配比称取各所述原料，在搅拌状态下向所述水性环氧改性醇酸树脂中依次加入所述分散剂、流平剂、pH调节剂、催干剂、纳米氧化铝、复合磷酸锌、硫酸钡、颜料、石墨烯水溶液、缓蚀剂和40～60％配方量去离子水，分散完全，震荡至细度≤25μm，加入抗油剂、流变助剂、增稠剂和剩余配方量的去离子水，分散至细度≤25μm，200目过滤，即得。

本发明提供的添加石墨烯的水性涂料的制备方法操作简单，适宜于大生产操作。

优选地，所述搅拌状态为800～1000rpm。

优选地，加入所述抗油剂、流变助剂、增稠剂和剩余配方量的去离子水后在600-800rpm/min下分散。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

本发明实施例提供一种添加石墨烯的水性涂料及其制备方法，各实施例中原料质量份数配比如表1所示。

表1

其中水性环氧改性醇酸树脂为广树化工的GS-5000B，分散剂为AFCONA的4474，流平剂为法国先创PW-336，pH调节剂为美国陶氏DOW的AMP-95，催干剂为广树化工的GS-101，抗油剂为迪高270，流变助剂为海明斯的膨润土LT，增稠剂为宁柏迪PS-202和上海田裕化工的AP-660的等质量比混合物，石墨烯水溶液中石墨烯为昌隆石墨制品生产的石墨烯粉，硅烷偶联剂为迈图Y9669。

以上各实施例中添加石墨烯的水性涂料的制备方法为：

步骤1、按表1的重量份数称取各原料，在分散罐中，在800～1000rpm/min搅拌状态下向水性环氧改性醇酸树脂中依次加入分散剂、流平剂、pH调节剂、催干剂、纳米氧化铝、复合磷酸锌、硫酸钡、钛白粉、炭黑、石墨烯水溶液、缓蚀剂和40～60％配方量去离子水，边加入边分散，分散15～20min，得到漆浆。

步骤2、将上述漆浆置于振荡罐中，震荡30min，使细度≤25μm。

步骤3，震荡完成的漆浆加入分散罐中，加入抗油剂、流变助剂、增稠剂和剩余配方量的去离子水，600～800rpm/min下分散完全，至细度≤25μm时，则用200目滤布过滤，得成品漆浆。

各实施例制备方法中的具体参数如表2所示：

表2

对比例

本对比例提供一种添加石墨烯的水性涂料及其制备方法，各对比例中原料质量份数配比如表3所示。

表3

各对比例中的原料来源以及制备方法同实施例3，对比例1中水性醇酸树脂为同德化工的1AK27B。

检验例

将实施例1～5和对比例1～4的产品进行物理性能检验。

拉伸强度的高低是指涂膜的结构致密程度，抗冲击及穿刺能力大小。拉伸强度和断裂伸长率测试：1、防水涂料拉伸强度试验机测量值在量程的(15-85)％之间，示值精度不低于1％，伸长范围大于500mm；2、电热鼓风烘箱：控温精度+2度；3、冲片机及符合GBT528要求的哑铃裁刀；4、厚度计：接触面直径6mm，单位面积压力0.02MPa，分度值0.01mm.

根据国标采取合适的哑铃型试验，并划好间距25mm的平行线，用厚度计测量软件标线中间和两端三点的厚度，取其上算术平均值作为试件厚度。调正拉伸强度试验机夹具间距约70mm，将试件夹在拉伸试验机上。

计算：

标准养护7天后，对实施例1～5和对比例1～4所得产品的拉伸强度以及其他方面的物理性能进行考察，实施例1～5的考察结果见表4，对比例1～4的考察结果见表5。

表4

项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						硬度(≥H)	H	H	2H	2H	2H
附着力(≤1)	1	0	0	0	0
						拉伸强度(MPa)	1.3	1.7	2.1	2.3	1.9
断裂伸长率(％)	98	120	141	165	152
						耐水性(≥72h，25℃)	128h	175h	220h	360h	320h
耐酸性(5％H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>,≥72h)	135h	172h	189h	210h	203h
						耐碱性(5％NaOH，≥72h)	141h	159h	176h	204h	187h

表5

由表4和表5中的试验结果可见，实施例1～5制得的添加石墨烯的水性涂料成膜后具有良好的硬度、附着力、拉伸强度、断裂伸长率、耐水性、耐酸性和耐碱性，且明显优于各对比例，说明本发明所提供的添加石墨烯的水性涂料防腐性能优异。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。