一種基于石墨烯功能性材料的導(dǎo)熱防腐涂料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種涂料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于石墨烯功能性材料的導(dǎo)熱防腐 涂料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 化工設(shè)備、油氣管道、蒸汽管道等設(shè)備處在濕度大、鹽度大、高溫等苛刻的環(huán)境中。 這要求所使用涂料不僅要有良好的防腐性能，同時(shí)對(duì)其導(dǎo)熱性也提出來(lái)較高要求。目前防 腐涂料在石油化工領(lǐng)域中的使用雖然較多，但主要集中在油罐和管道的外壁上，在換熱器、 蒸汽管道中使用較少。主要原因是傳統(tǒng)涂料耐高溫性能不好，導(dǎo)熱系數(shù)不高，導(dǎo)致在防腐環(huán) 境中傳熱不好，高溫下抗腐蝕力差，致使很多生產(chǎn)設(shè)備工藝上無(wú)法正常使用。傳統(tǒng)涂料散熱 效果差，不僅制約了傳統(tǒng)工業(yè)化工設(shè)備的使用，而且大功率電器、汽車(chē)等領(lǐng)域使用時(shí)也出現(xiàn) 很多問(wèn)題。
[0003]石墨烯是已知的世上最薄、最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，常溫下其電 子迀移率超過(guò)15000cm2/V*s，比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10-8D?!!!，比銅或 銀更低，為世上電阻率最小的材料。不僅如此，而且它良好的導(dǎo)熱性也值得關(guān)注，其導(dǎo)熱系 數(shù)高達(dá)5300W/m*K，高于碳納米管和金剛石。用石墨稀和炭纖維制備的柔性復(fù)合紙集高 導(dǎo)熱、高強(qiáng)度和柔韌性于一體，厚度在10-100um之間可控，面向?qū)嵯禂?shù)高達(dá)800-1500W/ m?K，是銅箔的2-3倍，拉伸強(qiáng)度達(dá)15-20MPa，是商業(yè)化柔性石墨紙的3-4倍，以90°夾角 彎折6000次以上無(wú)斷裂或結(jié)構(gòu)破壞。這種復(fù)合紙不僅可以作為功能密封材料，還可以作為 電子器件的散熱墊片，應(yīng)用在手機(jī)、筆記本電腦等多種電子產(chǎn)品領(lǐng)域中，發(fā)揮其優(yōu)異的導(dǎo)熱 散熱性能。在大功率電器、電子產(chǎn)品、汽車(chē)等領(lǐng)域中，石墨烯復(fù)合聚合物可以充分發(fā)揮石墨 烯導(dǎo)熱性的優(yōu)勢(shì)，用于解決散熱問(wèn)題。節(jié)能減排是當(dāng)今我國(guó)社會(huì)發(fā)展突出的重要要求，石墨 烯的導(dǎo)熱系數(shù)高，將其用于建筑隔熱涂料可有效降低建筑物的內(nèi)部溫度，增強(qiáng)節(jié)能效果。
[0004] 如何將石墨烯功能性材料添加到涂料中，制備出導(dǎo)熱效果好且能夠防腐蝕的涂料 是目前急需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于石墨烯功能性材料的具有良好 導(dǎo)熱性能和防腐性能的涂料。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：一種基于石墨烯功能性材料的導(dǎo)熱防腐涂料，基 于石墨烯功能性材料的導(dǎo)熱防腐涂料的組分及含量為：石墨烯功能性材料〇. 05份~6份， 樹(shù)脂60份~80份，顏料6份~16份，填料8份~18份，稀釋劑10份~20份，消泡劑0. 1 份~0. 3份，固化劑10份~30份。
[0007]作為優(yōu)選，所述石墨稀功能性材料為石墨稀復(fù)合材料或石墨稀與無(wú)機(jī)材料的混合 材料；所述石墨烯復(fù)合材料為將氧化鋅、氧化鋁、二氧化鈦中的一種或幾種通過(guò)原位化學(xué)還 原法、物理吸附法、電化學(xué)沉淀法、水熱法中的一種負(fù)載到石墨烯表面制備而成；所述石墨 烯與無(wú)機(jī)材料的混合材料為將二氧化硅、硅酸鋯、碳化硅、氮化硼、氮化鋁、氮化硅中的一種 或幾種通過(guò)原位化學(xué)還原法、物理吸附法、電化學(xué)沉淀法、水熱法中的一種負(fù)載到石墨烯表 面制備而成。
[0008]作為優(yōu)選，所述石墨稀功能性材料的比表面積為200~3200m2/g。
[0009]作為優(yōu)選，所述石墨稀功能性材料的粒徑為20nm~2Mm。
[0010] 作為優(yōu)選，所述石墨稀功能性材料中石墨稀所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5%~50%。
[0011] 作為優(yōu)選，所述樹(shù)脂為環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂中的一種或 幾種。
[0012] 作為優(yōu)選，所述顏料為氧化鐵紅、氧化鐵黃、鈦白、鉻璜、普魯士藍(lán)中的一種為幾 種。
[0013]作為優(yōu)選，所述填料為碳酸鈣、硫酸鋇、二氧化硅、硅酸鹽類、滑石粉中一種或幾 種。
[0014]作為優(yōu)選，所述稀釋劑為200#溶劑汽油、松香水、乙醇、丙醇中一種或幾種。
[0015]作為優(yōu)選，所述消泡劑為硬脂酸金屬皂、聚脲、疏水性硅氧烷油中一種或幾種。
[0016]作為優(yōu)選，所述固化劑為脂肪族二胺、脂肪族多胺、異化氰中的一種或幾種。
[0017]一種基于石墨烯功能性材料的導(dǎo)熱防腐涂料的制備方法，包括以下步驟： (1) 制備石墨條功能性材料； (2) 將石墨烯功能性材料（0. 05份~6份）添加到稀釋劑（10份~20份）中，用高速剪 切機(jī)在800~1500轉(zhuǎn)/分鐘的速度下攪拌15~60分鐘，得到石墨烯功能性材料的漿料； (3) 將步驟（2)制備的石墨稀功能性材料的衆(zhòng)料與樹(shù)脂（60份~80份)，顏料（6份~ 16份)，填料（8份~18份)，消泡劑（0. 1份~0. 3份）混合，攪拌均勻后，用砂磨機(jī)研磨，直 至以刮板細(xì)度計(jì)檢驗(yàn)漿體細(xì)度小于35微米，得到涂料甲； (4) 將步驟（3)制備的涂料甲中添加固化劑（10份~30份)，重量比例為3.5 :1~ 10. 5:1，再用高速剪切機(jī)在1000~1500轉(zhuǎn)/分鐘的速度下攪拌20~40分鐘，得到導(dǎo)熱防 腐涂料。
[0018]本發(fā)明提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是：二氧化硅具有良好的耐熱防腐性能， 將其負(fù)載到石墨烯表面用于改性涂料可以提高涂料本身的防腐性能；氧化鋅是傳統(tǒng)的富鋅 涂料中的重要組成部分，納米結(jié)構(gòu)的氧化鋅具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，其散熱速度是氧化鋁的4 倍，將其負(fù)載到石墨烯表面用于改性涂料，涂料便具備良好的導(dǎo)熱性能；氧化鋁、二氧化鈦、 硅酸鋯、碳化硅、氮化硼、氮化鋁、氮化硅在散熱方面的效果較好，將這些材料負(fù)載到石墨 烯表面用于改性涂料，涂料便具備良好的導(dǎo)熱性能；石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能（5300W/ m*K))、力學(xué)性能（1.06X103GPa)和較大的比表面積。因此，石墨烯功能性材料集合了多 種材料的優(yōu)異性能，可以提高涂料的導(dǎo)熱性能，同時(shí)也可以進(jìn)一步提高涂層的致密性，改 善涂料的防腐性能。
[0019]由此可見(jiàn)，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，其實(shí)施 的有益效果也是顯而易見(jiàn)的。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，但并不用于限 定本發(fā)明，本發(fā)明所述試劑均為通過(guò)商業(yè)途徑獲得，所述制備方法如無(wú)特別說(shuō)明均為本領(lǐng) 域常規(guī)制備方法，部分試劑生產(chǎn)商以及規(guī)格如下： 石墨烯粉末 濟(jì)寧利特納米技術(shù)有限責(zé)任公司，LN-GNP-005 ; 水合肼 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司； 乙酰丙酮鋅 國(guó)藥試劑； 氧化鋁 國(guó)藥試劑。
[0021] 實(shí)施例1 : 本實(shí)施例中，各原料的組分及含量為：石墨烯負(fù)載氧化鋅的功能性材料〇. 05份，環(huán)氧 樹(shù)脂60份，氧化鐵紅6份，碳酸鈣8份，200#溶劑汽油10份，硬脂酸金屬皂0. 1份，脂肪族 二胺10份。
[0022] 其中石墨烯負(fù)載氧化鋅的功能性材料的制備方法為：水熱法 將石墨烯與乙酰丙酮鋅在乙二醇中攪拌并超聲分散30min，緩慢滴加水合肼，將其放入 高壓釜中18(TC下加熱16小時(shí)；然后將產(chǎn)物離心，分別用蒸餾水與乙醇洗滌，真空干燥箱 中70°C下干燥24h。
[0023] 其中石墨稀負(fù)載氧化鋅的功能性材料的比表面積為200m2/g，石墨稀負(fù)載氧化鋅 的功能性材料的粒徑為20nm，石墨烯負(fù)載氧化鋅的功能性材料中石墨烯所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為 0? 5%。
[0024] -種基于石墨烯功能性材料的導(dǎo)熱防腐涂料的制備方法，包括以下步驟： (1) 制備石墨烯負(fù)載氧化鋅的功能性材料； (2) 將石墨烯負(fù)載氧化鋅的功能性材料添加到200#溶劑汽油中，用高速剪切機(jī)在900 轉(zhuǎn)/分鐘的速度下攪拌15分鐘，得到石墨烯負(fù)載氧化鋅的功能性材料的漿料； (3) 將步驟（2)制備的石墨烯負(fù)載氧化鋅的功能性材料的漿料與環(huán)氧樹(shù)脂，氧化鐵紅， 碳酸鈣，硬脂酸金屬皂混合，攪拌均勻后，用砂磨機(jī)研磨，直至以刮板細(xì)度計(jì)檢驗(yàn)漿體細(xì)度 為30微米，得到涂料甲； (4) 將步驟（3)制備的涂料甲中添加脂肪族二胺，涂料甲與脂肪族二胺的重量比例為 3. 5 :1，再用高速剪切機(jī)在1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度下攪拌20分鐘，得到導(dǎo)熱防腐涂料。
[0025] 用無(wú)氣噴涂法對(duì)實(shí)施例中的涂料噴到馬口鐵片上，干燥一星期，進(jìn)行檢測(cè)。
[0026] 實(shí)施例2 : 本實(shí)施例中，各原料的組分及含量為：石墨烯負(fù)載氧化鋁的功能性材料〇. 1份，有機(jī)硅 樹(shù)脂65份，氧化鐵黃8份，硫酸鋇10份，松香水12份，聚脲0. 1份，脂肪族多胺12份。
[0027] 其中石墨烯負(fù)載氧化鋁的功能性材料的制備方法為：將石墨烯與氧化鋁粉末在去 離子水中混合，采用物理吸附中超聲法，用超聲分散20min，然后球磨4h，所得懸浮液用去 離子水和無(wú)水乙醇洗滌幾次并抽濾，然后在烘箱中烘干，得到石墨烯負(fù)載氧化鋁的功能性 材料。
[0028] 其中石墨條負(fù)載氧化錯(cuò)的功能性材料的比表面積為500m2/g，石墨條負(fù)載氧化錯(cuò) 的功能性材料的粒徑為2000nm，石墨烯負(fù)載氧化鋁的功能性材料中石墨烯所占的質(zhì)量分 數(shù)為22%。
[0029] -種基于石墨烯功能性材料的導(dǎo)熱防腐涂料的制備方法，包括以下步驟： (1) 制備石墨烯負(fù)載氧化鋁的功能性材料； (2) 將石墨烯負(fù)載氧化鋁的功能性材料添加到松香水中，用高速剪切機(jī)在1300轉(zhuǎn)/分 鐘的速度下攪拌16分鐘，得到石墨烯負(fù)載氧化鋁的功能性材料的漿料； (3) 將步驟（2)制備的石墨條負(fù)載氧化錯(cuò)的功能性材料的衆(zhòng)料與有機(jī)娃樹(shù)脂，氧化鐵 黃，硫酸鋇，聚脲混合，攪拌均勻后，用砂磨機(jī)研磨，直至以刮板細(xì)度計(jì)檢驗(yàn)漿體細(xì)度為25 微米，得到涂料甲； (4) 將步驟（3)制備的涂料甲中添加脂肪族多胺，涂料甲與脂肪族多胺的重量比例為 5. 5 :1，再用高速剪切機(jī)在1400轉(zhuǎn)/分鐘的速度下攪拌20分鐘，得到導(dǎo)熱防腐涂料。
[0030] 用無(wú)氣噴涂法對(duì)實(shí)施例中的涂料噴到馬口鐵片上，干燥一星期，進(jìn)行檢測(cè)。
[0031] 實(shí)施例3: 本實(shí)施例中，各原料的組分及含量為：石墨烯與硅酸鋯、氮化硼混合組成的功能性材料 3份，有機(jī)硅樹(shù)脂72份，鈦白13份，二氧化硅15份，乙醇16份，疏水性硅氧烷油0. 2份，異 化氰12份。
[0032] 其中石墨烯與硅酸鋯、氮化硼混合組成的功能性材料的制備方法為：石墨烯與硅 酸鋯、氮化硼混合組成的功能性材料中石墨烯所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%，硅酸鋯所占的質(zhì)量分 數(shù)為35%，氮化硼所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，采用物理吸附法，在瑪瑙研缽中研磨石墨烯、硅酸 鋯和氮化硼，直至研磨均勻。
[0033] 其中石墨烯與硅酸鋯、氮化硼混合組成的功能性材料的比表面積為1000m2/g，石 墨烯負(fù)載二氧化鈦的功能性材料的粒徑為lMffl。