一種基于石墨烯的耐高溫防腐涂料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于石墨烯的耐高溫防腐涂料及其制備方法，該耐高溫防腐涂料按質量百分比由以下組分組成：環(huán)氧樹脂5-60％、聚苯硫醚樹脂3-30％、氨基樹脂3-30％，顏料1-10％，石墨烯1-20％，正丁醇3-50％，消泡劑0.1-0.3％，聚羥酸鈉鹽0.1-10％，鄰苯二甲酸二丁酯0.1-5％，膨潤土0.5-1.0％，流平劑0.2-0.5％。與現有技術相比，本發(fā)明制得的涂料具有極佳的防水防腐蝕性、耐高溫、耐候性、耐堿性、耐沖擊和耐人工老化等優(yōu)點，且制備方法可控性好，操作簡單，生產成本低，易于工業(yè)化生產。
【專利說明】一種基于石墨烯的耐高溫防腐涂料及其制備方法
[0001]【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及一種涂料及其制備方法，尤其是涉及一種基于石墨烯的耐高溫防腐涂料及其制備方法。
【背景技術】
[0003]耐高溫涂料是一種重要的涂料，適用于煙囪煙道、高溫蒸汽管道、熱交換器、高溫爐、高溫脫硫設備、石油石化裂解裝置、發(fā)動機部件及排氣管防腐。另外一些特殊的耐高溫防腐涂料在航天航空、石油石化、冶金、電力、國防領域得到廣泛應用。自從四十年代有機硅工業(yè)化生產以來，用其產品所配制的耐高溫涂料，在高溫電機，電器絕緣方面得到了廣泛應用。例如有機硅鋁粉漆用于飛機發(fā)動機的耐高溫防腐涂料，取得了巨大成就，有機硅陶瓷玻璃涂料，滿足了更高溫度防腐的要求。但是由于有機硅本身機械性能差，附著力，耐磨性，耐溶劑性低，且生產中廢水廢氣較多，污染環(huán)境，易燃，同時對人體有害，因此，越來越不能滿足現代電機、電器、宇航以及耐特種介質的要求。
[0004]石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料。是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；導熱系數高達5300W/m ? K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V ? s，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10_6Q ? cm,比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料。目前，也有報道稱石墨烯無論是直接在銅或鎳上制備，或轉移到其他金屬上，都可提供防腐蝕保護。銅涂層培育單層石墨烯，采用化學氣相沉積法，腐蝕會比裸銅慢七倍，鎳涂層培育多層石墨烯，腐蝕比裸鎳慢20倍以上。單層石墨烯具有相同的防腐蝕保護作用，就像常規(guī)有機涂料，但后者要厚五倍以上。石墨烯涂料可以用作理想的防腐蝕涂料，因為在有些領域，薄涂層更有利，比如微電子組件，互連產品，飛機部件和植入設備等都是這樣。而將單層石墨烯涂于金屬表面的方法比較復雜且條件苛刻、不易操作。
[0005]中國專利CN 102702959A公布了一種改進的耐高溫金屬防腐涂料，按質量百分比含量由以下組分組成=GHNK耐高溫粘結劑30-40份，聚苯胺/石墨烯復合材料為15-20份，著色顏料為15-20份，超細滑石粉為5-10份，超細云母粉為5-10份，高嶺土為5-10份，SN-612流平劑為0.2-0.5份，潤濕劑X-405為0.3-0.5份，二甲基乙醇胺為0.1-0.3份，防腐劑981為0.1-0.3份，GHPlOl增稠劑為0.5-1份，磷酸三丁酯為0.1-0.3份，水為4-13份。該發(fā)明制得的涂料具有極佳的防水防腐蝕性、耐高溫、耐堿性、耐候性、耐擦洗性和耐人工老化等優(yōu)點，可以實現金屬基材的鈍化和緩蝕，同時避免了可以導致環(huán)境污染的鉻等重金屬的使用。但是其主要成分聚苯胺/石墨烯復合材料制備工藝復雜，且主要利用的是聚苯胺高導電性、原料便宜、易于合成等特性，但研究表明聚苯胺和石墨烯并沒有相互促進的防腐作用，聚苯胺和石墨烯并沒有實現其真正的作用。
[0006]中國專利CN 103265881A公開了一種包含聚芳基有機硅樹脂的耐高溫防腐涂料，由以下成分按照重量比組成:聚芳基有機硅樹脂40~50份，對羥基苯甲酸縮水甘油酯20~30份，丙烯酸樹脂5~10份，云母粉10~15份，石墨烯10~15份，醋酸乙酯5~10份，稀釋劑10~20份。稀釋劑為丁醇或二甲苯。制成的耐高溫防腐涂料可以耐受溫度達到400~500°C，同時具有良好的防腐效果。該專利雖然以石墨烯為主要填料進行添加，但其制備方法中只是運用攪拌的混合方式并不能使石墨烯均勻分散，從而起不到其尺寸小、電子傳遞速度快、導電性好、硬度高等優(yōu)點，且其并未交代清楚石墨烯在此涂料中所起到的關鍵性作用。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于石墨烯的耐高溫防腐涂料及其制備方法，通過石墨烯的加入，使得該防腐涂料的耐高溫及防腐性能
顯著提高。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0009]一種基于石墨烯的耐高溫防腐涂料，按質量百分比由以下組分組成:環(huán)氧樹脂5-60 %、聚苯硫醚樹脂3-30 %、氨基樹脂3-30%，顏料1-10%，石墨烯1-20%，正丁醇3-50%，消泡劑0.1-0.3%，聚羥酸鈉鹽0.1_10%，鄰苯二甲酸二丁酯0.1-5%，膨潤土0.5-1.0%，流平劑 0.2-0.5%。
[0010]進一步地，所述的環(huán)氧樹脂選自市售的665有機硅環(huán)氧樹脂或ES-06有機硅環(huán)氧樹脂。
[0011]進一步地，所述的.氨基樹脂選自市售的520脲醛樹脂、582三聚氰胺甲醛樹脂或576-1三聚氰胺苯鳥糞胺樹脂中的一種。
[0012]進一步地，所述的顏料選自鈦白粉、氧化鋅、氧化鐵紅或酞菁綠中的一種。
[0013]進一步地，所述的石墨烯由氧化還原法或高溫還原法制得。
[0014]進一步地，所述的消泡劑選自磷酸三丁酯、聚醚類消泡劑、二氧化硅型消泡劑或甲
基硅油。
[0015]進一步地，所述的聚醚類消泡劑選自市售的GP型消泡劑、GPE型消泡劑或GPES型消泡劑中的一種；所述的二氧化硅型消泡劑為聚硅氧烷消泡劑。
[0016]進一步地，所述的聚羥酸鈉鹽為聚2-羥基丙烯酸鈉鹽。
[0017]進一步地，所述的流平劑選自硅油、聚二甲基硅氧烷、聚醚聚酯改性有機硅氧烷或烷基改性有機硅氧烷中的一種。
[0018]一種基于石墨烯的耐高溫防腐涂料的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0019](I)將石墨烯、環(huán)氧樹脂和聚苯硫醚樹脂加入到正丁醇中，超聲攪拌30-180分鐘；
[0020](2)將氨基樹脂、顏料、消泡劑、聚羥酸鈉鹽、鄰苯二甲酸二丁酯、流平劑按規(guī)定量加入研磨機中，研磨至細度小于30微米；
[0021](3)將步驟(1)和步驟(2)制得的物質混合后攪拌10-120分鐘，加入膨潤土后繼續(xù)攪拌10-60分鐘，接著在研磨機中研磨10-120分鐘，過濾，得到基于石墨烯的耐高溫防腐涂料，再密封、包裝。
[0022]與現有技術相比，本發(fā)明將石墨烯、環(huán)氧樹脂和聚苯硫醚樹脂加入到正丁醇中，超聲攪拌30-180分鐘，并和其它組分一起加入到研磨機中充分研磨至30微米以下，使石墨烯充分均勻的和其它組分進行混合，使石墨烯的優(yōu)良性能得到充分發(fā)揮。同時，環(huán)氧樹脂和聚苯硫醚樹脂在石墨烯的作用下，耐高溫、耐腐蝕性大大增強，可耐受溫度達到700°C。同時，本發(fā)明還具有以下優(yōu)點及有益效果:
[0023](I)石墨烯的二維片層結構在涂料中層層疊加，形成了致密的物理隔絕層，增強了涂料的防腐性能；
[0024](2)石墨烯尺寸極小，厚度只有一個碳原子厚，可以使其輕易的填充到涂料的空洞和缺陷中，阻止和延緩了小分子腐蝕介質侵入金屬基體，增強了涂料的防腐性能；
[0025](3)石墨烯的導熱系數高達5300W/m ?!(，具有很強的導熱性，石墨烯的添加大大增強了涂料的耐高溫性；
[0026](4)石墨烯常溫下電子遷移率超過15000cm2/V ? S，具有快速良好的導電能力，石墨稀的添加提聞了提料的防腐能力；
[0027](5)石墨烯具有很強的防水性，對水的侵潤性很差，石墨烯會阻止水分子通過圖層進入到金屬基體表面，從而增強涂料的防腐能力；
[0028](6)本發(fā)明制得的涂料具有極佳的防水防腐蝕性、耐高溫、耐候性、耐堿性、耐沖擊和耐人工老化等優(yōu)點；
[0029](7)本發(fā)明的制備方法可控性好，操作簡單，生產成本低，易于工業(yè)化生產。
【具體實施方式】
[0030]下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0031]實施例1
[0032]按以下質量百分比配備 各組分:環(huán)氧樹脂(市售的665有機硅環(huán)氧樹脂)20%、聚苯硫醚樹脂20 %、氨基樹脂(市售的520脲醛樹脂)20 %，顏料(鈦白粉)5 %，石墨烯10 %，正丁醇14 %，消泡劑(磷酸三丁酯)0.2 %，聚2-羥基丙烯酸鈉鹽6 %，鄰苯二甲酸二丁酯4%，膨潤土 0.5%，流平劑(硅油)0.3%。
[0033]通過以下步驟制得基于石墨烯的耐高溫防腐涂料:
[0034](I)將石墨烯、環(huán)氧樹脂和聚苯硫醚樹脂加入到正丁醇中，超聲攪拌150分鐘；
[0035](2)將氨基樹脂、顏料、消泡劑、聚羥酸鈉鹽、鄰苯二甲酸二丁酯、流平劑按規(guī)定量加入研磨機中，研磨至細度小于30微米；
[0036](3)將步驟(1)和步驟(2)制得的物質混合后攪拌90分鐘，加入膨潤土后繼續(xù)攪拌40分鐘，接著在研磨機中研磨90分鐘，過濾，得到基于石墨烯的耐高溫防腐涂料，再密封、包裝。
[0037]實施例2
[0038]按以下質量百分比配備各組分:環(huán)氧樹脂(ES-06有機硅環(huán)氧樹脂)25%、聚苯硫醚樹脂25%、氨基樹脂(582三聚氰胺甲醛樹脂)15%，顏料(氧化鋅)5%，石墨烯10%，正丁醇10 %，消泡劑(GP型消泡劑)0.2 %，聚羥酸鈉鹽5.5 %，鄰苯二甲酸二丁酯3 %，膨潤土0.8%，流平劑(聚二甲基硅氧烷)0.5%。
[0039]通過以下步驟制得基于石墨烯的耐高溫防腐涂料:
[0040](I)將石墨烯、環(huán)氧樹脂和聚苯硫醚樹脂加入到正丁醇中，超聲攪拌150分鐘；
[0041](2)將氨基樹脂、顏料、消泡劑、聚羥酸鈉鹽、鄰苯二甲酸二丁酯、流平劑按規(guī)定量加入研磨機中，研磨至細度小于30微米；[0042](3)將步驟(1)和步驟(2)制得的物質混合后攪拌90分鐘，加入膨潤土后繼續(xù)攪拌40分鐘，接著在研磨機中研磨90分鐘，過濾，得到基于石墨烯的耐高溫防腐涂料，再密封、包裝。
[0043]實施例3
[0044]按以下質量百分比配備各組分:環(huán)氧樹脂(ES-06有機硅環(huán)氧樹脂)40%、聚苯硫醚樹脂10 %、氨基樹脂(576-1三聚氰胺苯鳥糞胺樹脂)10 %，顏料(氧化鐵紅)8 %，石墨烯5 %，正丁醇20%，消泡劑(GPE型消泡劑)0.3 %，聚羥酸鈉鹽3.5%，鄰苯二甲酸二丁酯
2%，膨潤土 0.8%，流平劑(聚醚聚酯改性有機硅氧烷)0.4 %。
[0045]通過以下步驟制得基于石墨烯的耐高溫防腐涂料:
[0046](I)將石墨烯、環(huán)氧樹脂和聚苯硫醚樹脂加入到正丁醇中，超聲攪拌150分鐘；
[0047](2)將氨基樹脂、顏料、消泡劑、聚羥酸鈉鹽、鄰苯二甲酸二丁酯、流平劑按規(guī)定量加入研磨機中，研磨至細度小于30微米；
[0048](3)將步驟(1)和步驟(2)制得的物質混合后攪拌90分鐘，加入膨潤土后繼續(xù)攪拌40分鐘，接著在研磨機中研磨90分鐘，過濾，得到基于石墨烯的耐高溫防腐涂料，再密封、包裝。
[0049]對實施例1~3所得的基于石墨烯的耐高溫防腐涂料的性能測試按照國標進行，測試結果見表1。
[0050]表1耐高溫防腐涂料的性能
[0051]
【權利要求】
1.一種基于石墨烯的耐高溫防腐涂料，其特征在于，按質量百分比由以下組分組成:環(huán)氧樹脂5-60%、聚苯硫醚樹脂3-30%、氨基樹脂3-30%，顏料1-10%，石墨烯1-20%，正丁醇3-50%，消泡劑0.1-0.3%，聚羥酸鈉鹽0.1_10%，鄰苯二甲酸二丁酯0.1-5%，膨潤土0.5-1.0%，流平劑 0.2-0.5%。
2.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯的耐高溫防腐涂料，其特征在于，所述的環(huán)氧樹脂選自市售的665有機硅環(huán)氧樹脂或ES-06有機硅環(huán)氧樹脂。
3.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯的耐高溫防腐涂料，其特征在于，所述的氨基樹脂選自市售的520脲醛樹脂、582三聚氰胺甲醛樹脂或576-1三聚氰胺苯鳥糞胺樹脂中的一種。
4.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯的耐高溫防腐涂料，其特征在于，所述的顏料選自鈦白粉、氧化鋅、氧化鐵紅或酞菁綠中的一種。
5.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯的耐高溫防腐涂料，其特征在于，所述的石墨烯由氧化還原法或高溫還原法制得。
6.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯的耐高溫防腐涂料，其特征在于，所述的消泡劑選自磷酸三丁酯、聚醚類消泡劑、二氧化硅型消泡劑或甲基硅油。
7.根據權利要求6所述的一種基于石墨烯的耐高溫防腐涂料，其特征在于，所述的聚醚類消泡劑選自市售的GP型消泡劑、GPE型消泡劑或GPES型消泡劑中的一種；所述的二氧化硅型消泡劑為聚硅氧烷消泡劑。
8.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯的耐高溫防腐涂料，其特征在于，所述的聚羥酸鈉鹽為聚2-羥基丙烯酸鈉鹽?！?br> 9.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯的耐高溫防腐涂料，其特征在于，所述的流平劑選自硅油、聚二甲基硅氧烷、聚醚聚酯改性有機硅氧烷或烷基改性有機硅氧烷中的一種。
10.一種如權利要求1~10任一所述的基于石墨烯的耐高溫防腐涂料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)將石墨烯、環(huán)氧樹脂和聚苯硫醚樹脂加入到正丁醇中，超聲攪拌30-180分鐘； (2)將氨基樹脂、顏料、消泡劑、聚羥酸鈉鹽、鄰苯二甲酸二丁酯、流平劑按規(guī)定量加入研磨機中，研磨至細度小于30微米； (3)將步驟(1)和步驟(2)制得的物質混合后攪拌10-120分鐘，加入膨潤土后繼續(xù)攪拌10-60分鐘，接著在研磨機中研磨10-120分鐘，過濾，得到基于石墨烯的耐高溫防腐涂料，再密封、包裝。
【文檔編號】C09D181/02GK103589281SQ201310538981
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權日:2013年11月4日
【發(fā)明者】時鵬輝, 姚偉峰, 周笑綠, 鄭紅艾, 胡晨燕, 蔣路漫 申請人:上海電力學院