一種金屬用石墨烯分散涂料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬防腐涂料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬用石墨烯分散涂料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚氨酯以其優(yōu)異的抗疲勞韌性和抗磨蝕性已廣泛用于礦山運輸、混凝土攪拌機襯里等領(lǐng)域的干態(tài)抗磨蝕和泥沙濕態(tài)抗磨蝕涂層，隨著聚氨酯物理性能和施工工藝的不斷改進，聚氨酯彈性涂層在水利工程中用作水下混凝土、鋼結(jié)構(gòu)抗沖磨防護涂層也越來越頻繁，并表現(xiàn)出良好的耐高低溫韌性、抗疲勞性和耐氣蝕磨損性能，取得了較好的效果，但也存在某些局限，例如，聚氨酯鏈上的親水性一CH20H基團易吸水，導(dǎo)致聚氨酯耐水性能下降，在水環(huán)境下嚴重影響聚氨酯涂層抗氣蝕磨損性能和使用壽命；
目前關(guān)于提高水性聚氨酯耐水性的主要方法是在聚氨酯鏈上引入疏水結(jié)構(gòu)和交聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中所引入的疏水結(jié)構(gòu)主要是含氟鏈段和含硅鏈段，但是含硅鏈段通常會降低聚氨酯涂層對基材的粘結(jié)性能，相對來說，氟元素價格昂貴，但由于含氟鏈段聚氨酯(FPU)兼具聚氨酯和含氟化合物的優(yōu)點，表現(xiàn)出高強度、耐疲勞和高緩沖性能，耐水、耐溶劑和化學(xué)品性，較低的表面張力和低摩擦系數(shù)等，使得目前FPU的研究仍然成為熱潮，而將氟、硅鏈段同時運用于聚氨酯涂料中，必將更大程度的改善其抗水性能，可以對水下工程金屬材料起到很好的保護效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種金屬用石墨烯分散涂料及其制備方法。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種金屬用石墨烯分散涂料，它是由下述重量份的原料組成的:
石墨烯20-30、藻酸丙二醇酯6-11、氯鉑酸0.01-0.02、二苯基甲烷二異氰酸酯600-700、全氟烷基乙基醇340-370、聚四氫呋喃醚二醇450-490、1，4-丁二醇1-2、二苯基硅二醇2-3、偏硼酸銨1-2、4_乙烯基環(huán)氧環(huán)己烷1.3-2、納米二氧化硅90-100、含氫硅油16-20、羥基錫酸鋅1-2、甲醇2-3、十二烷基硫醇1-2、生石灰4_7。
[0005]—種所述的金屬用石墨烯分散涂料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將4-乙烯基環(huán)氧環(huán)己烷加入到2-3倍甲苯中，加入氯鉑酸，加熱到40-45°C，滴加含氫硅油，滴加完畢后，在氮氣保護下，繼續(xù)加熱10-12小時，減壓蒸餾除去甲苯，得環(huán)氧改性硅油；
(2)將上述生石灰加入到7-10倍水中，加入羥基錫酸鋅，攪拌均勻，得石灰乳液；
(3)將上述二苯基硅二醇加入到4-6倍無水乙醇中，攪拌均勻，升溫溫度為60-70°C，加入石墨烯、石灰乳液，保溫攪拌20-30分鐘，抽濾，將濾餅真空干燥，得改性石墨烯；
(4)將上述改性石墨烯、納米二氧化硅混合，球磨均勻，加入到16-20倍無水乙醇中，超聲分散3-5分鐘，升高溫度為50-60°C，滴加環(huán)氧改性娃油，滴加完畢后在氮氣保護下攪拌反應(yīng)10-12小時，抽濾，將濾餅真空干燥，得硅油改性納米粒子；
(5)將上述聚四氫呋喃醚二醇在80-90°C下真空脫水2-3小時；
(6)將全氟烷基乙基醇加入到2-3倍N，N-二甲基甲酰胺中，攪拌均勻，為液a ;
(7)將十二烷基硫醇、藻酸丙二醇酯、上述二苯基甲烷二異氰酸酯重量的10-12%混合，加入混合料重量60-70%的N，N- 二甲基甲酰胺，在60-70°C下保溫攪拌13-20分鐘，得改性單體溶液；
(8)取剩余的二苯基甲烷二異氰酸酯，加入到2.8-3倍的N，N-二甲基甲酰胺中，攪拌均勻，升高溫度為60-65°C，通入氮氣，滴加上述液a，滴加完畢后在上述溫度下保溫反應(yīng)2-3小時，加入脫水后的聚四氫呋喃醚二醇，攪拌反應(yīng)50-60分鐘，加入改性單體溶液、1，4- 丁二醇，升高溫度為75-80°C，保溫反應(yīng)1.8-2小時，得聚氨酯預(yù)聚體；
(9)在上述聚氨酯預(yù)聚體中加入硅油改性納米粒子，升高溫度為80-85°C，加入剩余各原料，超聲分散3-5分鐘，冷卻出料，得所述涂料。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點是:
(1)本發(fā)明形成的涂膜具有良好的抗水性:
由于低表面能的氟碳鏈向材料表面迀移、并在表面形成微納米級突起結(jié)構(gòu)，這些突起的結(jié)構(gòu)排列形成具有“荷葉疏水效應(yīng)”的有機氟膜，從而使涂膜的耐水性增強；
(2)本發(fā)明形成的涂膜與金屬基材具有良好的粘結(jié)性；
低表面能的氟碳結(jié)構(gòu)阻礙了水分向結(jié)合界面的浸漬和擴散，從而確保了聚氨酯與金屬基材間粘結(jié)力的穩(wěn)定性；
(3)發(fā)明形成的涂膜具有高抗沖蝕性能；
聚氨酯自身內(nèi)部存在大量氫鍵結(jié)構(gòu)，這些氫鍵結(jié)構(gòu)相對聚合物中的共價鍵具有不嚴格的選擇性和方向性，且主要存在于軟、硬段相間并起到物理交聯(lián)作用，由于引入的氟基團極性高，使硬段組分中含氟F-MDI分子間的內(nèi)聚能增加，提高了硬段微區(qū)的彈性模量和抗張強度，加之近表面的鍵能較高，C一 F鏈具有很好的強度和耐水性，阻止了磨損向涂層深處的進一步擴展，同時硬段微區(qū)將一部分來自磨損顆粒和氣泡潰滅的沖擊功傳遞給彈性態(tài)的軟段相，通過軟段分子鏈的運動緩沖一部分沖擊功，從而提高了含氟聚氨酯的抗沖蝕性能；
本發(fā)明將硅油改性納米粒子很好的鑲嵌于聚氨酯形成的涂膜表面，構(gòu)建了微納米雙重尺度結(jié)構(gòu)，極大地增加了材料表面的粗糙度，使其展現(xiàn)了卓越的超疏水性，同時這種環(huán)氧改性硅油修飾的Si02納米粒子與聚氨酯的結(jié)合相對較為牢固，很難被水浸泡沖洗掉，延長了材料的使用壽命。
[0007]本發(fā)明采用納米二氧化硅與石墨烯共混，可以改善粒子在樹脂間的分散性，提高涂膜的穩(wěn)定性、表面強度。
【具體實施方式】
[0008]—種金屬用石墨烯分散涂料，它是由下述重量份的原料組成的:
石墨烯20、藻酸丙二醇酯6、氯鉑酸0.01、二苯基甲烷二異氰酸酯600、全氟烷基乙基醇340、聚四氫呋喃醚二醇450、1，4 丁二醇1、二苯基硅二醇2、偏硼酸銨1、4乙烯基環(huán)氧環(huán)己烷1.3、納米二氧化硅90、含氫硅油16、羥基錫酸鋅1、甲醇2、十二烷基硫醇1、生石灰4。
[0009]—種所述的金屬用石墨烯分散涂料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將4乙烯基環(huán)氧環(huán)己烷加入到2倍甲苯中，加入氯鉑酸，加熱到40°C，滴加含氫硅油，滴加完畢后，在氮氣保護下，繼續(xù)加熱10小時，減壓蒸餾除去甲苯，得環(huán)氧改性硅油；
(2)將上述生石灰加入到7倍水中，加入羥基錫酸鋅，攪拌均勻，得石灰乳液；
(3)將上述二苯基硅二醇加入到4倍無水乙醇中，攪拌均勻，升溫溫度為60°C，加入石墨烯、石灰乳液，保溫攪拌20分鐘，抽濾，將濾餅真空干燥，得改性石墨烯；
(4)將上述改性石墨稀、納米二氧化娃混合，球磨均勾，加入到16倍無水乙醇中，超聲分散3分鐘，升高溫度為50°C，滴加環(huán)氧改性硅油，滴加完畢后在氮氣保護下攪拌反應(yīng)10小時，抽濾，將濾餅真空干燥，得硅油改性納米粒子；
(5)將上述聚四氫呋喃醚二醇在80°C下真空脫水2小時；
(6)將全氟烷基乙基醇加入到2倍N，N二甲基甲酰胺中，攪拌均勻，為液a ;
(7)將十二烷基硫醇、藻酸丙二醇酯、上述二苯基甲烷二異氰酸酯重量的10%混合，加入混合料重量60%的N，N 二甲基甲酰胺，在60°C下保溫攪拌13分鐘，得改性單體溶液；
(8)取剩余的二苯基甲烷二異氰酸酯，加入到2.8倍的N，N二甲基甲酰胺中，攪拌均勻，升高溫度為60°C，通入氮氣，滴加上述液a，滴加完畢后在上述溫度下保溫反應(yīng)2小時，加入脫水后的聚四氫呋喃醚二醇，攪拌反應(yīng)50分鐘，加入改性單體溶液、1，4 丁二醇，升高溫度為75°C，保溫反應(yīng)1.8小時，得聚氨酯預(yù)聚體；
(9)在上述聚氨酯預(yù)聚體中加入硅油改性納米粒子，升高溫度為80°C，加入剩余各原料，超聲分散3分鐘，冷卻出料，得所述涂料。
[0010]性能測試:
吸水率0.0143%，吸水前粘結(jié)力為12.71 MPa，在吸水浸泡實驗浸泡3200 h后保持10.38MPa的高粘結(jié)力，空蝕量0.9327X 10_ 3 kg。
【主權(quán)項】
1.一種金屬用石墨烯分散涂料，其特征在于它是由下述重量份的原料組成的: 石墨烯20-30、藻酸丙二醇酯6-11、氯鉑酸0.01-0.02、二苯基甲烷二異氰酸酯600-700、全氟烷基乙基醇340-370、聚四氫呋喃醚二醇450-490、1，4-丁二醇1-2、二苯基硅二醇2-3、偏硼酸銨1-2、4_乙烯基環(huán)氧環(huán)己烷1.3-2、納米二氧化硅90-100、含氫硅油16-20、羥基錫酸鋅1-2、甲醇2-3、十二烷基硫醇1-2、生石灰4_7。2.一種如權(quán)利要求1所述的金屬用石墨烯分散涂料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將4-乙烯基環(huán)氧環(huán)己烷加入到2-3倍甲苯中，加入氯鉑酸，加熱到40-45°C，滴加含氫硅油，滴加完畢后，在氮氣保護下，繼續(xù)加熱10-12小時，減壓蒸餾除去甲苯，得環(huán)氧改性硅油； (2)將上述生石灰加入到7-10倍水中，加入羥基錫酸鋅，攪拌均勻，得石灰乳液； (3)將上述二苯基硅二醇加入到4-6倍無水乙醇中，攪拌均勻，升溫溫度為60-70°C，加入石墨烯、石灰乳液，保溫攪拌20-30分鐘，抽濾，將濾餅真空干燥，得改性石墨烯； (4)將上述改性石墨烯、納米二氧化硅混合，球磨均勻，加入到16-20倍無水乙醇中，超聲分散3-5分鐘，升高溫度為50-60°C，滴加環(huán)氧改性娃油，滴加完畢后在氮氣保護下攪拌反應(yīng)10-12小時，抽濾，將濾餅真空干燥，得硅油改性納米粒子； (5)將上述聚四氫呋喃醚二醇在80-90°C下真空脫水2-3小時； (6)將全氟烷基乙基醇加入到2-3倍N，N-二甲基甲酰胺中，攪拌均勻，為液a ; (7)將十二烷基硫醇、藻酸丙二醇酯、上述二苯基甲烷二異氰酸酯重量的10-12%混合，加入混合料重量60-70%的N，N- 二甲基甲酰胺，在60-70°C下保溫攪拌13-20分鐘，得改性單體溶液； (8)取剩余的二苯基甲烷二異氰酸酯，加入到2.8-3倍的N，N-二甲基甲酰胺中，攪拌均勻，升高溫度為60-65°C，通入氮氣，滴加上述液a，滴加完畢后在上述溫度下保溫反應(yīng)2-3小時，加入脫水后的聚四氫呋喃醚二醇，攪拌反應(yīng)50-60分鐘，加入改性單體溶液、1，4- 丁二醇，升高溫度為75-80°C，保溫反應(yīng)1.8-2小時，得聚氨酯預(yù)聚體； (9)在上述聚氨酯預(yù)聚體中加入硅油改性納米粒子，升高溫度為80-85°C，加入剩余各原料，超聲分散3-5分鐘，冷卻出料，得所述涂料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬用石墨烯分散涂料，它是由下述重量份的原料組成的：石墨烯20-30、藻酸丙二醇酯6-11、氯鉑酸0.01-0.02、二苯基甲烷二異氰酸酯600-700、全氟烷基乙基醇340-370、聚四氫呋喃醚二醇450-490、1，4-丁二醇1-2、二苯基硅二醇2-3、偏硼酸銨1-2、4-乙烯基環(huán)氧環(huán)己烷1.3-2、納米二氧化硅90-100、含氫硅油16-20、羥基錫酸鋅1-2、甲醇2-3、十二烷基硫醇1-2、生石灰4-7。本發(fā)明采用納米二氧化硅與石墨烯共混，可以改善粒子在樹脂間的分散性，提高涂膜的穩(wěn)定性、表面強度。
【IPC分類】C09D175/08, C08G18/76, C08G18/66, C09D7/12, C08G18/48, C09D5/08
【公開號】CN105273607
【申請?zhí)枴緾N201510633024
【發(fā)明人】劉振國
【申請人】岳西縣盛宏工貿(mào)有限責(zé)任公司
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年9月29日