CN107652727B - 一种基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料及其制备方法，按照质量百分数包括以下成分：膨润土0.05～10％、蛭石5～20％、高岭土1～10％、石墨烯1～20％、刚玉粉3～10％、镁盐晶须5～15％、钛白粉10～30％、无机粘结剂30～40％、硅丙乳液3～6％；所述无机粘结剂按照质量百分数包括以下成分：磷酸钠5～20％、硅酸钠60～80％、硅酸钾5～20％和疏水改性硅溶胶10～30％。该涂料有较高的附着力，无需对金属表面喷砂处理或进行腐蚀粗糙化处理，大大简化了施工难度。同时，在高温条件下，涂层不起泡、不龟裂、不剥落，起到防水、防火、隔热保温、防腐防锈、抗老化、绝缘等作用。
Description
技术领域
本发明涉及耐高温特种涂料生产领域，具体涉及一种基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料及其制备方法。
背景技术
现阶段我国现代工业的不断发张，特别是金属结构建筑、石化、能源，冶金、路桥、铁路、航天航空及军工船舶等行业，应用高温设备及配套设施的场合越来越多，但金属材料在高温环境中易与空气中的氧发生氧化反应，产生锈蚀现象，从而使金属材料逐渐失去强度而导致结构性缺损，成为各种事故的隐患。
市售耐高温防腐涂料主要分为无机和有机硅两类。现有有机硅高温防腐涂料之耐热温度多低于400℃，其防腐性能较差，且有机硅本身机械性能差，附着力。耐磨性，耐溶剂性低，越来越不能满足现代电机、电器、宇航以及耐特种介质的要求，难以用于一些更高温度之苛刻场所。无机涂料的耐热性能好，一般能耐受400℃～1300℃的高温，且膜温度低、其涂膜具有优良的耐候性、在紫外光作用下非常稳定、良好的耐热性、遇火不燃、较好的耐污染性、不易吸灰、能保持明快的装饰效果、在制作与使用过程中无挥发性有机物产生、不会污染环境、原材料资源丰富、成本低廉等一系列优点，因而得到了广阔的工业应用，其市场前景，社会、经济效益十分诱人。
为了适应现在生产不断提升的需求，一方面，人们不断提高无机涂料的耐高温防腐性能，并不断改善涂料的柔韧性和对金属、塑料等底材附着力，解决无机涂料附着力差的性能缺陷，使其适应新的生产需求。申请号201611162668.1的中国发明专利，公开了一种石墨烯改性无机涂料及其制备方法，提高了涂料的耐磨性和导电率，但是在耐高压和附着力的等性能方面有待提高。申请号201310158609.7的中国发明专利公开了一种云母和石墨烯共改性无机涂料及其使用方法，提高了无机涂料的附着力和耐高温性能，基本能满足现代生产需求，但是只涉及添加较低含量的云母和石墨烯，当提高这两者的含量时，涂料的性能不稳定，且仍存在涂膜脆易开裂，附着力差缺陷。
发明内容
本发明的发明目的之一是，针对上述问题，提供一种基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料，能大大提高无机涂料在金属表面的附着力，无需对金属表面喷砂处理或进行腐蚀粗糙化处理，大大简化了施工难度。同时，在高温条件下，涂层不起泡、不龟裂、不剥落，起到防水、防火、隔热保温、防腐防锈、抗老化、绝缘等作用，使喷漆物件免受高温化学腐蚀、热氧化，延长构件使用寿命。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料，按照质量百分数包括以下成分：
膨润土0.05～10％、蛭石5～20％、高岭土1～10％、石墨烯1～20％、刚玉粉3～10％、镁盐晶须5～15％、钛白粉10～30％、无机粘结剂30～40％、硅丙乳液3～6％。
其必须将蛭石、石墨烯、钛白粉、镁盐晶须混合均匀之后，同时加入配合作用；
所述无机粘结剂按照质量百分数包括以下成分：磷酸钠5～20％、硅酸钠60～80％、硅酸钾5～20％和疏水改性硅溶胶10～30％。
使用所述基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料无需对金属表面喷砂处理或进行腐蚀粗糙化处理。
作为一种优选的方案，一种基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料，按照质量百分数包括以下成分：膨润土5％、蛭石5％、高岭土7％、石墨烯10％、刚玉粉6％、镁盐晶须10％、钛白粉15％、硅丙乳液5％、无机粘结剂37％；其必须将蛭石、石墨烯与钛白粉、镁盐晶须混合均匀之后，同时加入配合作用；所述无机粘结剂按照质量百分数包括以下成分：磷酸钠10％、硅酸钠70％、硅酸钾5％和疏水改性硅溶胶15％。
作为一种优选的方案，所述疏水改性硅溶胶是由甲基三甲氧基硅烷与甲基乙氧基硅油共同改性而成。
作为一种优选的方案，甲基三甲氧基硅烷与甲基乙氧基硅油的用量为1:4～6。
作为一种优选的方案，先将蛭石进行预处理，具体步骤如下：将蛭石在120～150℃下烘干50～70min，然后在800～1000℃下煅烧40～80min，得到膨胀蛭石熟料；将所述膨胀蛭石熟料粉磨，然后过270目筛，备用。
作为一种优选的方案，所述石墨烯中，包括单层石墨烯和多层石墨烯，所述多层石墨烯的含量不低于5～20％。
本发明的发明目的之二是，提供一种基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料的制备方法，提高了产品性能和生产效率，并保证了产品合格率。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按比例将硅酸钾、磷酸钠和硅酸钠倒入容器中混合加热，温度控制在50～70℃；并不停的搅拌，缓慢滴加计量的疏水改性硅溶胶，使其充分混合，得无机粘结剂；
S2、按比例将已经处理好的蛭石、石墨烯、钛白粉和镁盐晶须混合均匀，然后加入膨润土、高岭土和刚玉粉混合，最后加入硅丙乳液，搅拌混合60～120分钟，得涂料基础混合液；
S3、将S1和S2制备的无机粘结剂和涂料基础混合液加入搅拌器中，混合搅拌1～6h，使其混合均匀，即得到耐高温防腐涂料。
作为一种优选的方案，所述步骤S2中，以2000～2500r/min搅拌90分钟，得涂料基础混合液。
作为一种优选的方案，所述步骤S3中，以1200～1600r/min搅拌3h，得耐高温防腐涂料。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1.本发明的耐高温防腐涂料，加入石墨烯和蛭石，采用蛭石、石墨烯与钛白粉、镁盐晶须配合作用，能大大提高无机涂料在金属表面的附着力，无需对金属表面喷砂处理或进行腐蚀粗糙化处理，大大简化了施工难度。同时，在高温条件下，涂层不起泡、不龟裂、不剥落，起到防水、防火、隔热保温、防腐防锈、抗老化、绝缘等作用，使喷漆物件免受高温化学腐蚀、热氧化，延长构件使用寿命。
石墨烯是已知的最薄的一种二维材料，并且具有极高的比表面积、超强的强度等优点。同时还具有很好的韧性，能够赋予涂料较高的强度和较好的相容性。蛭石有较高的层电荷数，具有较高的阳离子交换容量和较强的阳离子交换吸附能力，能够赋予涂料较好的吸附性能和耐腐蚀性能。高岭土最高耐火度1700℃左右，赋予涂料良好的耐高温性能。
镁盐晶须具有不会引起高温滑移的完整性，温度升高时，晶须不分解、不软化，其强度几乎没有损失，赋予涂料更好的耐高温性能。同时，镁盐晶须具有很高的断裂强度和弹性模量。晶须能弹性地承受较大的应变而无永久变形，晶须经4％的应变还在弹性范围内，不产生永久形变，从而赋予涂料较高的稳定性。随着镁盐晶须的加入，提高了建筑材料的抗压强度和柔韧性，进一步提高了材料的抗压强度和柔韧性，从而更好地解决了有机涂料硬度低、易脱落、不耐候、不抗腐蚀、不耐高温、不防火的技术不足。
2.本发明的耐高温防腐涂料，采用无机粘结剂，利用硅酸钾、磷酸钠和硅酸钠和硅溶胶的协同作用，提高涂料的耐高温性能，并改善涂料的粘结性能。硅酸钠，俗称水玻璃，其中的二氧化硅在第一次升温及高温状态下与其他无机组分反应形成共价键并且钠水玻璃中的钠有利于降低无机体系的温度，使得涂料具有更好的温度适应范围。硅溶胶在成膜过程中体积收缩较大，涂膜易开裂，疏水改性硅溶胶能够提高膜的延展性，进一步提高其漆膜的附着力、耐热性和强度，使涂料的漆膜的附着力强，冲击强度好，耐热性佳。
3.添加硅丙乳液，硅丙乳液是将含有不饱和键的有机硅单体与丙烯酸类单体加入合适的助剂，通过核壳包覆聚合工艺聚合而成的乳液。硅丙乳液结合了有机硅耐高温性、耐候性、表面能低不易污染性的特性和丙烯酸类树脂的高保色性、柔韧性、附着性的特性，添加到本发明的涂料中，提高了涂料的高耐候、高耐水、抗污染的特性。。
4.本发明的耐高温防腐涂料，将原材料组分进行分步添加混合，得到均匀度较高和性能良好的涂料成品。由于本发明涉及多种组分和物质，其具有固体、液体和粉质状态，其润湿度各不相同，需要根据不同的特性调整其加入和混合的顺序，最终得到的涂料混度均匀度高，强度高附着力好。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料，按照质量百分数包括以下成分：
膨润土5％、蛭石5％、高岭土7％、石墨烯10％、刚玉粉6％、镁盐晶须10％、钛白粉15％、硅丙乳液5％、无机粘结剂37％。
其必须将蛭石、石墨烯与钛白粉、镁盐晶须混合均匀之后，同时加入配合作用。
所述无机粘结剂按照质量百分数包括以下成分：磷酸钠10％、硅酸钠70％、硅酸钾5％和疏水改性硅溶胶15％。
所述疏水改性硅溶胶是由甲基三甲氧基硅烷与甲基乙氧基硅油共同改性而成。甲基三甲氧基硅烷与甲基乙氧基硅油的用量为1:5。所述石墨烯中，包括单层石墨烯和多层石墨烯，所述多层石墨烯的含量15％。
一种基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按比例将硅酸钾、磷酸钠和硅酸钠倒入容器中混合加热，温度控制在50～70℃；并不停的搅拌，缓慢滴加计量的疏水改性硅溶胶，使其充分混合，得无机粘结剂。
S2、按比例将已经处理好的蛭石、石墨烯、钛白粉和镁盐晶须混合均匀，然后加入膨润土、高岭土和刚玉粉混合，最后加入硅丙乳液，搅拌混合100分钟，以2200r/min搅拌90分钟，得涂料基础混合液。
所述蛭石的处理方式如下：将蛭石在130℃下，烘干60min，然后在900℃下，煅烧60min得膨胀蛭石熟料，将所述膨胀蛭石熟料制成膨胀蛭石粉末，过270目筛，备用。
S3、将S1和S2制备的无机粘结剂和涂料基础混合液加入搅拌器中，以1500r/min搅拌4h，得耐高温防腐涂料。
本实施例先制备无机粘结剂和涂料基础液，然后将无机粘结剂并加入基础混合液中搅拌均匀制备出所述耐高温防腐涂料。分别制备无机粘结剂与涂料基础混合液，有利于充分发挥各原料成分的作用和保持涂料成品的均匀性。由于本发明涉及多种组分和物质，其具有固体、液体和粉质状态，其润湿度各不相同，需要根据不同的特性调整其加入和混合的顺序，最终得到的涂料混度均匀度高，强度高附着力好。
由于蛭石不易分散在无机涂料中发挥效果，需要对蛭石进行前处理。先高温煅烧，脱去蛭石结构中的结晶水，然后破碎成粉末，过270目筛。改善蛭石对涂料的粘结性能、成膜性能及耐候性能的影响，从而获得附着力较好的涂料。
实施例2
一种基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料，按照质量百分数包括以下成分：
膨润土6％、蛭石10％、高岭土5％、石墨烯7％、刚玉粉4％、镁盐晶须8％、钛白粉17％、硅丙乳液4％、无机粘结剂39％。
其必须将蛭石、石墨烯与钛白粉、镁盐晶须混合均匀之后，同时加入配合作用。
所述无机粘结剂按照质量百分数包括以下成分：磷酸钠10％、硅酸钠60％、硅酸钾10％和疏水改性硅溶胶20％。
所述疏水改性硅溶胶是由甲基三甲氧基硅烷与甲基乙氧基硅油共同改性而成。甲基三甲氧基硅烷与甲基乙氧基硅油的用量为1:4。所述石墨烯中，包括单层石墨烯和多层石墨烯，所述多层石墨烯的含量15％。
制备方法同实施例1。
实施例3
一种基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料，按照质量百分数包括以下成分：
膨润土3％、蛭石7％、高岭土3％、石墨烯13％、刚玉粉5％、镁盐晶须7％、钛白粉16％、硅丙乳液6％、无机粘结剂40％。
其必须将蛭石、石墨烯与钛白粉、镁盐晶须混合均匀之后，同时加入配合作用。
所述无机粘结剂按照质量百分数包括以下成分：磷酸钠5％、硅酸钠70％、硅酸钾10％和疏水改性硅溶胶15％。
所述疏水改性硅溶胶是由甲基三甲氧基硅烷与甲基乙氧基硅油共同改性而成。甲基三甲氧基硅烷与甲基乙氧基硅油的用量为1:4。所述石墨烯中，包括单层石墨烯和多层石墨烯，所述多层石墨烯的含量15％。
制备方法同实施例1。
测试方法如上表1，测试结果如表2。试板和试板的制作过程如下：在钢板表面，反复涂刷以上制作的涂料，可用喷漆枪多次喷涂，使干膜后度达到3mm。然后对涂膜进行测试。
表1涂料特性测试方法
表2涂料特性测试结果
从表1结合实施例1-3可以看出，本发明的耐高温防腐涂的硬度、附着力、柔韧性、耐酸碱性能和耐高温测试结果均达到较高水平，尤其是在附着力和耐高温效果上效果更显著，从而，无需对金属表面喷砂处理或进行腐蚀粗糙化处理，大大简化了施工难度。
实施例4
一种基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料，按照质量百分数包括以下成分：
膨润土5％、蛭石5％、高岭土15％、石墨烯2％、刚玉粉6％、镁盐晶须7％、钛白粉15％、硅丙乳液6％、无机粘结剂39％；
其必须将蛭石、石墨烯与钛白粉、镁盐晶须混合均匀之后，同时加入配合作用。
所述无机粘结剂按照质量百分数包括以下成分：磷酸钠10％、硅酸钠65％、硅酸钾10％和疏水改性硅溶胶15％。
所述疏水改性硅溶胶是由甲基三甲氧基硅烷与甲基乙氧基硅油共同改性而成。甲基三甲氧基硅烷与甲基乙氧基硅油的用量为1:4。所述石墨烯中，包括单层石墨烯和多层石墨烯，所述多层石墨烯的含量10％。
一种基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按比例将硅酸钾、磷酸钠和硅酸钠倒入容器中混合加热，温度控制在50～70℃；并不停的搅拌，缓慢滴加计量的疏水改性硅溶胶，使其充分混合，得无机粘结剂。
S2、按比例将已经处理好的蛭石、石墨烯、钛白粉和镁盐晶须混合均匀，然后加入膨润土、高岭土和刚玉粉混合，最后加入硅丙乳液，搅拌混合80分钟，以2500r/min搅拌90分钟，得涂料基础混合液。
所述蛭石的处理方式如下：将蛭石在150℃下，烘干50min，然后在1000℃下，煅烧60min得膨胀蛭石熟料，将所述膨胀蛭石熟料制成膨胀蛭石粉末，过270目筛。
S3、将S1和S2制备的无机粘结剂和涂料基础混合液加入搅拌器中，以1300r/min搅拌5h，得耐高温防腐涂料。
本实施例先制备无机粘结剂和涂料基础液，然后将无机粘结剂加入基础混合液中搅拌均匀制备出所述耐高温防腐涂料。分别制备无机粘结剂与涂料基础混合液，有利于充分发挥各原料成分的作用和保持涂料成品的均匀性。
实施例5
一种基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料，按照质量百分数包括以下成分：
膨润土5％、蛭石5％、高岭土10％、石墨烯8％、刚玉粉6％、镁盐晶须7％、钛白粉15％、硅丙乳液6％、无机粘结剂38％；
其必须将蛭石、石墨烯与钛白粉、镁盐晶须混合均匀之后，同时加入配合作用。
所述无机粘结剂按照质量百分数包括以下成分：磷酸钠10％、硅酸钠65％、硅酸钾10％和疏水改性硅溶胶15％。
所述疏水改性硅溶胶是由甲基三甲氧基硅烷与甲基乙氧基硅油共同改性而成。甲基三甲氧基硅烷与甲基乙氧基硅油的用量为1:4。所述石墨烯中，包括单层石墨烯和多层石墨烯，所述多层石墨烯的含量10％。
制备方法同实施例4。
实施例6
一种基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料，按照质量百分数包括以下成分：
膨润土5％、蛭石5％、高岭土2％、石墨烯15％、刚玉粉6％、镁盐晶须7％、钛白粉15％、硅丙乳液6％、无机粘结剂39％；
其必须将蛭石、石墨烯与钛白粉、镁盐晶须混合均匀之后，同时加入配合作用。
所述无机粘结剂按照质量百分数包括以下成分：磷酸钠10％、硅酸钠65％、硅酸钾10％和疏水改性硅溶胶15％。
所述疏水改性硅溶胶是由甲基三甲氧基硅烷与甲基乙氧基硅油共同改性而成。甲基三甲氧基硅烷与甲基乙氧基硅油的用量为1:4。所述石墨烯中，包括单层石墨烯和多层石墨烯，所述多层石墨烯的含量10％。
制备方法同实施例4。
对比例1：
一种基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料，按照质量百分数包括以下成分：
膨润土5％、蛭石5％、高岭土10％、刚玉粉6％、镁盐晶须7％、钛白粉15％、复合硅酸盐硅溶液6％、硅丙乳液6％、无机粘结剂40％；
其必须将蛭石、石墨烯与钛白粉、镁盐晶须混合均匀之后，同时加入配合作用。
所述无机粘结剂按照质量百分数包括以下成分：磷酸钠10％、硅酸钠65％、硅酸钾10％和疏水改性硅溶胶15％。
所述疏水改性硅溶胶是由甲基三甲氧基硅烷与甲基乙氧基硅油共同改性而成。甲基三甲氧基硅烷与甲基乙氧基硅油的用量为1:4。所述石墨烯中，包括单层石墨烯和多层石墨烯，所述多层石墨烯的含量10％。
制备方法同实施例4。
测试方法如上表1，测试结果如表3。试板和试板的制作过程如下：在钢板表面，反复涂刷以上制作的涂料，可用喷漆枪多次喷涂，使干膜后度达到3mm。然后对涂膜进行测试。
表3涂料特性测试结果
从表3结合实施例4-6和对比例1可以看出，石墨烯的添加有利于硬度、耐高温性能和耐候性能的提高，同时，随着石墨烯含量的提高，性能更加优异。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。
Claims (9)
1.一种基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料，其特征在于，按照质量百分数包括以下成分：膨润土0.05～10％、蛭石5～20％、高岭土1～10％、石墨烯1～20％、刚玉粉3～10％、镁盐晶须5～15％、钛白粉10～30％、无机粘结剂30～40％、硅丙乳液3～6％；
其必须将蛭石、石墨烯、钛白粉、镁盐晶须混合均匀之后，同时加入配合作用；
所述无机粘结剂按照质量百分数包括以下成分：磷酸钠5～20％、硅酸钠60～80％、硅酸钾5～20％和疏水改性硅溶胶10～30％；
使用所述基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料无需对金属表面喷砂处理或进行腐蚀粗糙化处理。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料,其特征在于，按照质量百分数包括以下成分：膨润土5％、蛭石5％、高岭土7％、石墨烯10％、刚玉粉6％、镁盐晶须10％、钛白粉15％、硅丙乳液5％、无机粘结剂37％；
其必须将蛭石、石墨烯与钛白粉、镁盐晶须混合均匀之后，同时加入配合作用；
所述无机粘结剂按照质量百分数包括以下成分：磷酸钠10％、硅酸钠70％、硅酸钾5％和疏水改性硅溶胶15％。
3.根据权利要求1所述的基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料,其特征在于，所述疏水改性硅溶胶是由甲基三甲氧基硅烷与甲基乙氧基硅油共同改性而成。
4.根据权利要求3所述的基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料,其特征在于，甲基三甲氧基硅烷与甲基乙氧基硅油的用量为1:4～6。
5.根据权利要求1所述的基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料,其特征在于，先将蛭石进行预处理，具体步骤如下：将蛭石在120～150℃下烘干50～70min，然后在800～1000℃下煅烧40～80min，得到膨胀蛭石熟料；将所述膨胀蛭石熟料粉磨，然后过270目筛，备用。
6.根据权利要求1所述的基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料,其特征在于，所述石墨烯中，包括单层石墨烯和多层石墨烯，所述多层石墨烯的含量为5～20％。
7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按比例将硅酸钾、磷酸钠和硅酸钠倒入容器中混合加热，温度控制在50～70℃；并不停的搅拌，缓慢滴加计量的疏水改性硅溶胶，使其充分混合，得无机粘结剂；
S2、按比例将蛭石、石墨烯、钛白粉和镁盐晶须混合均匀，然后加入膨润土、高岭土和刚玉粉混合，最后加入硅丙乳液，搅拌混合60～120分钟，得涂料基础混合液；
S3、将S1和S2制备的无机粘结剂和涂料基础混合液加入搅拌器中，混合搅拌1～6h，使其混合均匀，即得到耐高温防腐涂料。
8.根据权利要求7所述的基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料的制备方法,其特征在于，所述步骤S2中，以2000～2500r/min搅拌90分钟，得涂料基础混合液。
9.根据权利要求7所述的基于石墨烯和蛭石的耐高温防腐涂料的制备方法,其特征在于，所述步骤S3中，以1200～1600r/min搅拌3h，得耐高温防腐涂料。
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