[发明专利]一种水性石墨烯防腐粉末涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及涂料组合物领域，尤其涉及一种基于环氧树脂的水性石墨烯防腐涂料及其制备方法。

背景技术

腐蚀是金属、混凝土、木材等物体受周围环境介质的化学作用或电化学作用而损坏的现象。根据相关统计，全世界每年因腐蚀造成的经济损失约为7000亿-10000亿美元，约是地震、水灾、台风等自然灾害造成经济损失总和的6倍。在我国，每年由于腐蚀造成的损失约为8000亿元，占GDP的3％左右。长期以来，人们一直采用多种技术，减缓腐蚀发生的速度。

目前，最主要的几种防腐涂料，主要为环氧类、聚氨酯类和富锌底漆类涂料。其中环氧类防腐涂料具有优异的附着力、优良的力学性能、良好的抗碱性和耐化学介质腐蚀性、固体组分含量高等优点，但是漆膜初期硬度高，柔韧性差，沥青类和铬酸盐类的环氧防腐漆，对环境具有很大的破坏性，同时危害人类健康。聚氨酯涂料具有附着力强、耐水、耐油、耐溶剂、耐腐蚀、弹性好、强度高、耐低温、涂膜光亮、坚硬、柔韧、丰满、耐磨和耐划伤的优点，但其保光保色性差，有较大的刺激性和毒性，稳定性差和施工麻烦等不足。富锌底漆类涂料具有屏蔽作业、电化学防护作用、涂膜自修复和钝化作用，但防腐性能是以牺牲锌粉为代价，且在焊接时会产生大量氧化锌雾气，危害作业人员生命健康。

2015年8月12日，天津塘沽危险品爆炸事件发生后，全国对危险化学品厂家、仓库、运输更加严格，同样也更进一步加速了水性漆市场的发展，同时，通过新《环保法》，“消费税”，“排污税”，以及相应城市出台为了治理PM2.5禁止油性油漆的生产和使用，同样可以看出，国家间接的大力度的支持和鼓励水性漆、无溶剂涂料的发展。但是水性漆目前即使在很大程度上仍然比不上油性漆所带来的性能和效果，比如防腐体系的环氧防腐底漆，水性环氧防腐漆的防腐性能远不如油性环氧防腐漆，如何突破这一水性防腐性差的难点，还需更深入的研究。

《水性环氧防腐涂料的研制》(钟鸥等，现代涂料与涂装，2010年8月第13卷第8期第4-6页)一文中公开了一种水性环氧防腐涂料及其制备方法，其具有耐腐蚀性和耐化学品性优异、漆膜收缩小、硬度高等优点，但其在实际使用中也有不足之处，具体为，一旦在涂覆的金属表面出现刮痕，则该刮痕所产生的锈迹和腐蚀则会较快的扩散到其他涂料覆盖区，即其不能有效抑制腐蚀的扩散。

石墨烯是近些年新发现的由单层碳原子紧密堆积成的具有二维片层结构的一种碳质新材料，以其独特的性能吸引了世界各国科学家的关注，除了在电子、储能等领域外，石墨烯在防腐领域也大有可以为。石墨烯具有优异的电性能和高的径厚比(＞200)以及薄的片层结构(＜1nm)，因此可以设想具有比目前常用的云母粉、铝粉、玻璃薄片等具有更优良的物理防腐作用。因此如果将聚苯胺负载在石墨烯表面并将其作为填料将同时提供优良物理防腐和化学防腐，从而显著提高涂料的防腐性能。首先，石墨烯具有稳定的杂化结构，使其能在活性介质与金属间形成物理阻隔层，阻止了扩散渗透的进行；其次，石墨烯也拥有良好的化学稳定性和热稳定性，无论是在腐蚀性的气体、液体环境中或高温条件下均能保持稳定；最后，石墨烯有优异的机械性能，有着其他涂料所不具备的耐刮擦性和高强度。

中国专利申请文件(申请号CN201210066163.0)公布了一种基于聚苯胺与石墨烯复合材料的防腐涂料及制备方法，其中所述防腐涂料的组分包括：成膜物质20-90；聚苯胺与石墨烯复合材料0.1-20；颜料1-10；填料1-10；防流挂剂0.1-3；分散剂0.1-4；流平剂0.01-2；消泡剂0.01-2；溶剂1-50，其中溶剂为甲苯、二甲苯、丁醇、丁酮或环己酮等有机溶剂。其所制得的涂料可以实现金属基材的钝化和缓蚀，同时避免了可以导致环境污染的铬等重金属的使用。但其缺点在于，由于其采用的是有机溶剂，因此所得涂料为油性涂料，其所用的有机溶剂均具有一定毒性，易挥发，极易对人体健康造成损害；且该有机溶剂大多易燃，因此这种油性涂料也存在极大的安全隐患。