本發(fā)明涉及防腐涂料，尤其涉及一種水性高固體新型石墨烯鋅重防腐涂料的制備方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、金屬腐蝕是全球性難題，每年造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，據(jù)估計(jì)世界上約20%的金屬材料因腐蝕而無(wú)法回收利用，其中海洋腐蝕環(huán)境尤為惡劣。傳統(tǒng)防腐涂料主要包括環(huán)氧樹(shù)脂涂料、醇酸樹(shù)脂涂料、聚氨酯涂料、丙烯酸樹(shù)脂涂料和富鋅涂料等。在這些涂料中，富鋅涂料因其陰極保護(hù)作用而廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)重防腐領(lǐng)域，通過(guò)鋅粉的犧牲陽(yáng)極作用保護(hù)基體金屬。然而，傳統(tǒng)富鋅涂料存在鋅粉含量高(通常占干膜重量的80%以上)、涂層厚重、環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題。
2、近年來(lái)，隨著環(huán)保要求的提高，水性涂料因其無(wú)毒無(wú)害、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)成為涂料行業(yè)的發(fā)展方向。然而，單一組分的水性涂料往往難以滿足復(fù)雜工況下的防腐需求，需要對(duì)其進(jìn)行納米粒子改性或混合使用。
3、石墨烯作為一種新型二維納米材料，具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，包括高比表面積、卓越的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、出色的機(jī)械強(qiáng)度和獨(dú)特的阻隔性能。這些特性使其成為提升防腐涂料性能的理想材料。研究表明，石墨烯在防腐涂料中主要通過(guò)三種機(jī)制發(fā)揮作用：一是其片層結(jié)構(gòu)形成“迷宮式”屏蔽效應(yīng)，延長(zhǎng)腐蝕介質(zhì)滲透路徑；二是其高電子遷移率促進(jìn)鋅粉間的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形成，提高陰極保護(hù)效率；三是其表面官能團(tuán)可與樹(shù)脂基體形成交聯(lián)，增強(qiáng)涂層附著力。
4、因此，本發(fā)明的目的在于開(kāi)發(fā)一種新的具有優(yōu)異防腐性能的石墨烯防腐涂料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種水性高固體新型石墨烯鋅重防腐涂料的制備方法及應(yīng)用，該防腐涂料具有優(yōu)異的防腐性能和附著力。
2、本發(fā)明提出的水性高固體新型石墨烯鋅重防腐涂料，包含如下重量份計(jì)的原料：水性環(huán)氧樹(shù)脂20-40份、鋅粉10-20份、改性氧化石墨烯0.1-0.5份、填料5-15份、分散劑0.1-1份、成膜助劑0.1-0.5份、去離子水5-10份、固化劑1-10份。
3、優(yōu)選地，所述改性氧化石墨烯的制備方法如下：將氧化石墨烯分散于去離子水中，再加入苯氨基甲基三乙氧基硅烷進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后再加入聚醚胺超聲處理，制得改性氧化石墨烯。
4、優(yōu)選地，氧化石墨烯、苯氨基甲基三乙氧基硅烷和聚醚胺的質(zhì)量比為1:1-2:0.8-1.2；反應(yīng)的溫度50-70℃，時(shí)間4-6h，ph為3-4；超聲處理的功率300-500w，時(shí)間1-2h，溫度40-60℃。
5、優(yōu)選地，所述填料為云母粉、硫酸鋇、滑石粉、硅微粉、高嶺土、氣相二氧化硅和碳酸鈣中的一種或幾種。
6、優(yōu)選地，所述成膜助劑為二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、丙二醇苯醚、乙二醇丁醚和texanol酯醇中的一種或幾種。
7、優(yōu)選地，所述固化劑為jeffamined-230、anquamine419、cardolitenc-541、versamid125、曼尼希堿固化劑和水性異佛爾酮二胺衍生物中的一種或幾種。
8、優(yōu)選地，所述分散劑由硅烷偶聯(lián)劑改性超支化聚酯分散劑和改性聚羧酸系分散劑按1:1-5的質(zhì)量比組成。
9、優(yōu)選地，所述硅烷偶聯(lián)劑改性超支化聚酯分散劑制備的方法步驟如下：
10、s1：在反應(yīng)容器中加入2,2-二羥甲基丙酸、季戊四醇、氮甲基吡咯烷酮、對(duì)甲苯磺酸和抗氧劑，在惰性氣氛下于100-140℃下反應(yīng)1-3h；再升溫至160-200℃繼續(xù)反應(yīng)至反應(yīng)體系酸值低于5mgkoh/g，反應(yīng)后經(jīng)中和、沉淀、洗滌和干燥，得超支化聚酯；
11、s2：將γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶于甲醇，再依次加入超支化聚酯和二月桂酸二丁基錫進(jìn)行反應(yīng)，制得硅烷偶聯(lián)劑改性超支化聚酯分散劑。
12、優(yōu)選地，2,2-二羥甲基丙酸、季戊四醇、對(duì)甲苯磺酸和抗氧劑的質(zhì)量比為100:10-30:0.5-1.5:0.1-0.3；超支化聚酯、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和二月桂酸二丁基錫的質(zhì)量比為100:30-50:0.5-1。
13、優(yōu)選地，改性聚羧酸系分散劑的制備方法為：在2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中依次加入烯丙基聚氧乙烯醚、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和過(guò)硫酸鉀進(jìn)行反應(yīng)，制得改性聚羧酸系分散劑。
14、優(yōu)選地，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、烯丙基聚氧乙烯醚、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和過(guò)硫酸鉀的質(zhì)量比為10:0.8-1.2:0.4-0.6:0.5-1。
15、優(yōu)選地，反應(yīng)的條件為：溫度70-90℃，時(shí)間2-4h。
16、本發(fā)明提出的一種水性高固體新型石墨烯鋅重防腐涂料的制備方法，水性高固體新型石墨烯鋅重防腐涂料如上所述，其特征在于，方法步驟如下：將水性環(huán)氧樹(shù)脂、鋅粉、改性氧化石墨烯、填料、分散劑、成膜助劑和去離子水混合均勻，再加入固化劑并混合均勻，制得水性高固體新型石墨烯鋅重防腐涂料。
17、本發(fā)明提出的上述的水性高固體新型石墨烯鋅重防腐涂料在金屬防腐中的應(yīng)用。
18、本發(fā)明的有益技術(shù)效果：
19、（1）本發(fā)明通過(guò)苯氨基甲基三乙氧基硅烷和聚醚胺對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行改性，不僅提高了改性氧化石墨烯的分散性，而且還通過(guò)硅烷偶聯(lián)作用與鋅粉、填料及樹(shù)脂形成化學(xué)鍵合，增強(qiáng)了涂層的致密性和附著力；改性氧化石墨烯上的聚醚胺鏈還能夠與改性聚羧酸系分散劑形成協(xié)同空間位阻層，進(jìn)一步提高涂層的防腐性能；改性氧化石墨烯的苯氨基與基材金屬表面形成配位鍵，配合固化劑的高交聯(lián)密度，能夠進(jìn)一步提高涂料的附著力。
20、（2）本發(fā)明的分散劑由硅烷偶聯(lián)劑改性超支化聚酯分散劑和改性聚羧酸系分散劑組成，不僅能夠提高改性氧化石墨烯和鋅粉等的分散效果，而且還能夠通過(guò)化學(xué)鍵合等方式構(gòu)建致密的防腐屏障，在提高涂料防腐性能上達(dá)到協(xié)同促進(jìn)的作用。
1.一種水性高固體新型石墨烯鋅重防腐涂料，其特征在于，包含如下重量份計(jì)的原料：水性環(huán)氧樹(shù)脂20-40份、鋅粉10-20份、改性氧化石墨烯0.1-0.5份、填料5-15份、分散劑0.1-1份、成膜助劑0.1-0.5份、去離子水5-10份、固化劑1-10份；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性高固體新型石墨烯鋅重防腐涂料，其特征在于，氧化石墨烯、苯氨基甲基三乙氧基硅烷和聚醚胺的質(zhì)量比為1:1-2:0.8-1.2；反應(yīng)的溫度50-70℃，時(shí)間4-6h，ph為3-4；超聲處理的功率300-500w，時(shí)間1-2h，溫度40-60℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性高固體新型石墨烯鋅重防腐涂料，其特征在于，所述填料為云母粉、硫酸鋇、滑石粉、硅微粉、高嶺土、氣相二氧化硅和碳酸鈣中的一種或幾種；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性高固體新型石墨烯鋅重防腐涂料，其特征在于，所述分散劑由硅烷偶聯(lián)劑改性超支化聚酯分散劑和改性聚羧酸系分散劑按1:1-5的質(zhì)量比組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水性高固體新型石墨烯鋅重防腐涂料，其特征在于，所述硅烷偶聯(lián)劑改性超支化聚酯分散劑制備的方法步驟如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水性高固體新型石墨烯鋅重防腐涂料，其特征在于，2,2-二羥甲基丙酸、季戊四醇、對(duì)甲苯磺酸和抗氧劑的質(zhì)量比為100:10-30:0.5-1.5:0.1-0.3；超支化聚酯、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和二月桂酸二丁基錫的質(zhì)量比為100:30-50:0.5-1。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水性高固體新型石墨烯鋅重防腐涂料，其特征在于，改性聚羧酸系分散劑的制備方法為：在2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中依次加入烯丙基聚氧乙烯醚、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和過(guò)硫酸鉀進(jìn)行反應(yīng)，制得改性聚羧酸系分散劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水性高固體新型石墨烯鋅重防腐涂料，其特征在于，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、烯丙基聚氧乙烯醚、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和過(guò)硫酸鉀的質(zhì)量比為10:0.8-1.2:0.4-0.6:0.5-1；反應(yīng)的條件為：溫度70-90℃，時(shí)間2-4h。
9.一種水性高固體新型石墨烯鋅重防腐涂料的制備方法，水性高固體新型石墨烯鋅重防腐涂料如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述，其特征在于，方法步驟如下：將水性環(huán)氧樹(shù)脂、鋅粉、改性氧化石墨烯、填料、分散劑、成膜助劑和去離子水混合均勻，再加入固化劑并混合均勻，制得水性高固體新型石墨烯鋅重防腐涂料。
10.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的水性高固體新型石墨烯鋅重防腐涂料在金屬防腐中的應(yīng)用。