[发明专利]石墨烯聚合物节能环保复合材料涂层及其制备工艺和应用

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域，具体而言，涉及一种石墨烯聚合物节能环保复合材料涂层及其制备工艺和应用。

背景技术

泵是应用非常广泛的通用机械，无论是军工领域还是核电、工业、民用领域，凡有液体流动之处，几乎都有泵在工作。泵又是耗能大户，泵用电量约为国家总发电量的25-27％，耗油量为国家总耗油量的6-8％，大约有45％容量的电动机用于驱动泵。

然而现实中由于受泵制造工艺水平制约，泵的效能普遍低下；同时受使用环境影响(如各种腐蚀、气蚀、磨蚀等)，泵的寿命周期大幅缩短；不仅造成严重的能源浪费及环境污染，同时也增加了企业的运行成本。

石墨烯是以sp²混成轨域组成六角形蜂巢排列的二维晶体，厚度为0.335nm，仅一个碳原子直径，是目前世上最薄的材料，却拥有杰出的力学性质，机械强度远高于钢铁百倍，比重却仅约钢铁的四分之一，针对复合材料的机械强度提升是极佳的选择。

中国专利CN102286189描述了一种氧化石墨与环氧树脂的复合材料，将氧化石墨与环氧树脂以多种物理方式混合后，进而固化成型的产物，用于改善环氧树脂的机械强度。制程中并无有毒溶剂，并且有助于石墨烯分散。但是氧化石墨由于官能基含量太高，虽有助于两者之间的结合，但其机械性质相较于使用石墨烯差。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种石墨烯聚合物复合有机涂层，所述有机涂层为石墨烯改性的树脂涂层，具有质量轻、表面光滑以及抗腐蚀、气蚀、磨蚀性能优、环保等特点。通过与金属的复合使用可以大幅降低金属材质的使用量，并减少设备的自重，提高泵流道及叶轮的光滑度减少阻力，以实现减少资源浪费、降低能耗、延长设备寿命周期之目的。

本发明的第二目的在于提供所述石墨烯聚合物复合有机涂层的制备方法，所述方法根据制备复合涂层的原料的性质涉及了具体的投料顺序和反应时间，工艺条件明确，稳定性和可再现性好。

本发明的第三目的在于提供一种所述石墨烯聚合物复合有机涂层的应用，本发明的涂层应用领域广泛，可以应用在各种需要涂层保护的装置或设备上。如泵、水轮机、螺旋桨、风机以及各种化学储罐、水箱、反应釜、污水池槽；各类换热器管板保护等。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明的一个方面涉及一种石墨烯聚合物复合有机涂层，所述有机涂层主要是由按重量份计的以下组分制备的：

基础树脂40-60份；

石墨烯1份；

复合改性剂30-55份；

固化剂20-45份；

其中，所述基础树脂包括按重量份计10-20份的酚醛树脂和30-40份的双酚F。

本发明选用双酚F树脂(BPF)作为基础树脂的主要组分，BPF树脂具有粘度低、耐腐蚀性能好、韧性好、作业性优良等特点，应用于环境恶劣的设备上可以提供长久优良的保护效果，延长设备的使用周期。本发明使用石墨烯对基础树脂进行改性，材料质量轻，强韧性好，断裂强度比最好的钢材高200倍，不仅可以大幅降低泵的重量，而且优异的抗冲击性能可以大幅提高泵的抗气蚀和磨蚀能力，从而降低能耗。本发明优选使用单层石墨烯，单层石墨烯较为便宜易得，可以节约应用成本。由以上组分制备的石墨烯聚合物复合有机涂层具有质量轻、表面光滑以及抗腐蚀、气蚀、磨蚀性能优、环保等优点。

优选地，所述复合改性剂包括按重量计的以下组分：预处理剂1-3份、消泡剂0.2-1份、纳米硅1-5份、流平剂0.2-1份、滑石粉0.5-3份、二氧化硅空心球15-20份、云母粉5-10份、四氟粉5-10份、紫外吸收剂0.2-1份、抗氧剂0.2-1份。

消泡剂优选毕克消泡剂，该消泡剂为不含有机硅的破泡聚合物溶液，可以高效破泡并消泡。

纳米硅的加入，在有效提升产品触变性能的同时，与环氧环状分子的氧进行键合，提高分子间的键力，从而大幅提高材料的综合性能。同时可以改善材料表观，使材料固化后视觉感官更光滑细腻，且安全环保

滑石粉可以有效提升产品对基材的粘接性能及抗挠曲等各项力学性能，同时可以有效降低产品成本，且安全环保。

二氧化硅空心球比重为每立方厘米0.28g，是通用金属材料比重的三十分之一至四十分之一。该材料的添加可提高涂层的致密性、光洁度、冷热疲劳性、断裂韧性、抗蠕变性能和高分子材料产品的耐磨性能尤为显著，且安全环保。优选美国3M公司。