本發(fā)明涉及涂料領(lǐng)域，特別涉及一種石墨烯基無溶劑耐磨減阻涂料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、目前國內(nèi)外減阻內(nèi)涂層基本上都采用以有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)的溶劑型環(huán)氧涂料，在涂膜過程中揮發(fā)的有機(jī)溶劑（voc）占涂料總重量的30%-50%，voc不但會(huì)對人體健康產(chǎn)生危害，而且還有可能對自然環(huán)境造成污染。無溶劑型環(huán)氧涂料固化成膜時(shí)活性溶劑也參與反應(yīng)并成為涂膜的組成部分，但在施工過程中沒有溶劑揮發(fā)，減少了大氣中voc的排放量，可以更好地滿足環(huán)保要求。此外，無溶劑環(huán)氧涂料的各項(xiàng)機(jī)械性能和耐化學(xué)介質(zhì)性能都明顯優(yōu)于溶劑型環(huán)氧涂料，耐磨性、附著力、抗剪切強(qiáng)度等機(jī)械性能尤為突出。

2、目前，現(xiàn)有技術(shù)無溶劑環(huán)氧涂料主要采用由高分子環(huán)氧樹脂與脂環(huán)胺改性的聚酰胺反應(yīng)制作而成的無溶劑環(huán)氧涂料。比如，以高分子環(huán)氧樹脂、環(huán)氧官能團(tuán)活性稀釋劑、聚酰胺蠟、鈦白粉作為油漆組分，以脂環(huán)胺改性聚酰胺為固化劑組分。但由于其完全靠交聯(lián)反應(yīng)生成漆膜的硬度來解決耐磨性的問題，導(dǎo)致耐磨性不好；完全靠顏填料及環(huán)氧樹脂本身來解決涂層屏蔽性的問題，其屏蔽性也較差；此外，直接通過脂環(huán)胺改性聚酰胺與環(huán)氧進(jìn)行反應(yīng)形成的漆膜，防腐性差，減阻性低。同時(shí)現(xiàn)有的傳統(tǒng)無溶劑涂料具有發(fā)脆、開裂的問題。

3、石墨烯是由碳原子sp2雜化緊密堆積成的二維六角結(jié)構(gòu)，碳原子之間連接柔韌性好，當(dāng)受到機(jī)械外力時(shí)，石墨烯層變形彎曲，但碳原子的位置沒有發(fā)生重新排列，這就確保了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。正是由于石墨烯晶格結(jié)構(gòu)，使其具有良好的柔韌性和附著力等性能。

4、目前基于石墨烯開發(fā)的無溶劑環(huán)氧涂料研究較多，如cn112029382b，cn112538313b，cn110499086a，cn112080187a等均為基于石墨烯制備的無溶劑涂料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，顯著提高防腐性能、柔韌性和抗沖擊性能等，但其涂料的減阻效果無從得知，其應(yīng)用領(lǐng)域受到限制，減阻性能優(yōu)異的涂料能夠降低管道壓力、摩阻系數(shù)以及輸送動(dòng)力消耗，雖然cn108373738a報(bào)道了一種石墨烯型無溶劑內(nèi)減阻涂料，但成分復(fù)雜，施工時(shí)間和施工成本不盡人意。

5、所以，基于石墨烯的基礎(chǔ)上開發(fā)一種兼具優(yōu)異的防腐性、耐磨性和減阻性的無溶劑環(huán)氧涂料，提高施工效率，降低施工成本具有現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明提出一種石墨烯基無溶劑耐磨減阻涂料及其制備方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種石墨烯基無溶劑耐磨減阻涂料，按照重量份數(shù)，包括以下原料：40-60份樹脂，5-10份改性石墨烯粉體，5-10份磺甲基化黃腐酸碳納米片，2-4份聚合物乳液，1-3份二氧化硅，0.5-0.8份消泡劑，6-9份固化劑；

4、其中，所述樹脂由質(zhì)量比1:1-2的氟碳樹脂和酚醛環(huán)氧樹脂組成；

5、所述改性石墨烯粉體包括質(zhì)量1:3-5的氨基改性石墨烯粉體和烷基改性石墨烯粉體；

6、所述氨基改性石墨烯粉體的制備方法包括：將石墨烯加入無水乙醇中，加入（3-氨丙基）三乙氧基硅烷進(jìn)行活化，洗滌干燥，即得；

7、所述烷基改性石墨烯粉體的制備方法包括：將石墨烯加入酸溶液中冷凝回流，洗滌干燥，得到粉末，將粉末加入無水乙醇中，加入三甲基氯硅烷，超聲攪拌，洗滌干燥，即得；

8、所述磺甲基化黃腐酸碳納米片的制備方法包括：

9、（1）將黃腐酸加入氫氧化鈉溶液中浸漬，過濾，得到預(yù)處理黃腐酸；

10、（2）將預(yù)處理黃腐酸加入甲醛水溶液中，升溫反應(yīng)，加入焦亞硫酸鈉，繼續(xù)升溫反應(yīng)，過濾干燥，得到磺甲基化黃腐酸；

11、（3）將磺甲基化黃腐酸加入無水乙醇中，超聲處理，過濾，冷凍干燥，氮?dú)鈿夥障蚂褵玫交羌谆S腐酸碳納米片。

12、進(jìn)一步的，所述石墨烯與無水乙醇的固液比為1:50-100g/ml；所述（3-氨丙基）三乙氧基硅烷與石墨烯的液固比為3-5:1ml/g；所述活化是在70-80℃下活化6-10h。

13、進(jìn)一步的，烷基改性石墨烯粉體的制備方法中，所述石墨烯與酸溶液的固液比為1:60-80g/ml；所述酸溶液的濃度為0.05-0.1mol/l；所述酸溶液為鹽酸，硫酸或硝酸中的任意一種；所述回流的溫度為80-100℃，時(shí)間為5-7h；所述粉末與無水乙醇的固液比為1:50-70g/ml；所述三甲基氯硅烷與粉末的液固比為3-5:1ml/g；所述超聲攪拌是在40-60khz，40-60℃下超聲6-10h。

14、進(jìn)一步的，磺甲基化黃腐酸碳納米片的制備方法步驟（1）中，所述黃腐酸與氫氧化鈉溶液的固液比為1:10-20g/ml；所述氫氧化鈉溶液的濃度為0.05-0.1mol/l；所述浸漬是在20-25℃下浸漬10-12h；

15、步驟（2）中，所述預(yù)處理黃腐酸與甲醛水溶液的固液比為1:5-7g/ml；所述甲醛水溶液的濃度為20-30wt%；所述升溫反應(yīng)是在40-60℃反應(yīng)30-60min；所述焦亞硫酸鈉與預(yù)處理黃腐酸的質(zhì)量比為0.3-0.5:1；所述繼續(xù)升溫反應(yīng)是在70-80℃反應(yīng)2-4h；

16、步驟（3）中，所述磺甲基化黃腐酸與無水乙醇的固液比為1:20-50g/ml；所述超聲處理是在200-300rpm，30-40℃下超聲處理2-4h；所述煅燒的溫度400-500℃，時(shí)間為30-60min。

17、進(jìn)一步的，所述聚合物乳液為丙烯酸酯乳液或聚氨酯乳液。

18、一種石墨烯基無溶劑耐磨減阻涂料的制備方法，具體制備步驟如下：

19、（1）將改性石墨烯粉體和配方量30-50wt%的聚合物乳液混合振蕩，同時(shí)進(jìn)行微波輻射，得到分散液a；

20、（2）將磺甲基化黃腐酸碳納米片和余量聚合物乳液混合振蕩，同時(shí)進(jìn)行微波輻射，得到分散液b；

21、（3）將分散液a和分散液b進(jìn)行磁化處理，磁化后瞬時(shí)加壓，過濾干燥，得到混合物；

22、（4）將混合物和樹脂，二氧化硅，消泡劑和固化劑混合，攪拌均勻，即得。

23、進(jìn)一步的，步驟（1）和（2）中，所述振蕩是在2000-3000rpm下振蕩10-20min；所述微波輻射的功率為400-600w，時(shí)間為5-10min。

24、進(jìn)一步的，步驟（3）中，所述磁化處理的強(qiáng)度100-200gs，時(shí)間20-30min；所述瞬時(shí)加壓的壓力為10-20mpa，時(shí)間為5-8min。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

26、1、本發(fā)明的石墨烯無溶劑耐磨減阻涂料表現(xiàn)出超強(qiáng)的耐磨性，比標(biāo)準(zhǔn)要求高出2.5倍以上，解決了傳統(tǒng)無溶劑涂料發(fā)脆、開裂的問題的同時(shí)，提升了附著力。其次，本發(fā)明的涂層漆膜致密、表面光滑，降低介質(zhì)與涂層表面之間的流動(dòng)阻力，提高介質(zhì)輸送的速度和效率，減阻效果明顯，在循環(huán)溫度環(huán)境下，具有良好的柔韌性，漆膜不易開裂脫落，延長管道的壽命。此外，本發(fā)明的涂料具有不可滲透性，延緩腐蝕因子侵入到基體表面，表現(xiàn)出超強(qiáng)的防腐性能，適應(yīng)于極端腐蝕大氣環(huán)境、海水、淡水、飲用水、土壤掩埋、酸堿化學(xué)物質(zhì)浸泡等各種腐蝕環(huán)境，適應(yīng)于-25℃至90℃環(huán)境。

27、2、本發(fā)明的石墨烯無溶劑耐磨減阻涂料安全環(huán)保，零voc，不含溶劑、重金屬和煤焦油，對環(huán)境無污染。在常溫下可快速固化，涂層施工后可立即水下固化，且無有害物質(zhì)析出，近100%固含量，其厚涂特性，極大縮短施工時(shí)間和降低施工成本。本發(fā)明的涂料底面合一，由多道涂層變?yōu)閱蔚劳繉?，?jié)省時(shí)間和施工成本，施工方便，可采用雙組分泵、單組分泵、刷涂、輥涂多種方式施工應(yīng)用前景廣泛，可用于橋梁、海工、石化廠、工程機(jī)械等鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施。適用石油管道、天然氣管道、儲(chǔ)罐、蓄水池等內(nèi)壁防腐，能抵抗多種氣體、液體介質(zhì)對基材的腐蝕，增加耐腐蝕年限。

28、3、本發(fā)明通過改性石墨烯和改性黃腐酸，提高耐磨性，降低阻力，利用磁化+瞬時(shí)加壓手段將改性石墨烯粉體和磺甲基化黃腐酸碳納米片黏結(jié)，形成穩(wěn)定致密光滑結(jié)構(gòu)，防止發(fā)脆開裂，增強(qiáng)涂料的防腐性能，耐磨減阻，延長使用壽命。