一种环氧树脂防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及防腐涂料技术领域，具体涉及一种环氧树脂防腐涂料及其制备方法。

背景技术

现如今含锌涂料已成为保护钢铁最重要、最普遍的底漆之一；含锌涂层的防腐作用主要有电化学保护作用、屏蔽作用以及涂膜自修复作用。然而这些涂层中需要使用大量的锌粉（可达80%以上），而高锌含量的使用不仅消耗大量的金属锌资源，还易导致环境污染并危害人体健康，因此环氧含锌底漆的发展趋势为提高锌粉在漆膜中的利用率，既要保持或提高原有的防护效果，又要降低锌粉含量。为此，可以通过在含锌涂料中添加碳基纳米填料达到目的。

石墨烯是一种化学惰性的二维片层结构材料。它具有极高的径厚比和比表面积，已被开发用于改进涂膜防腐性能。现有技术中公开了含有石墨烯的防腐涂料，涂料中通过添加石墨烯，不仅减少了锌粉的用量，而且进一步提高了涂料的防腐性能。但是，上述二维结构石墨烯的巨大的比表面积和极高的径厚比也使其容易团聚，很难良好的分散在涂料中从而充分发挥作用，导致涂料的防腐性能有限。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种环氧树脂防腐涂料及其制备方法，该防腐涂料可有效解决现有的防腐涂料存在的防腐性能差的问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种环氧树脂防腐涂料，包括A组分和B组分，A组分和B组分的质量比为（5-8）:1；

A组分包括以下重量份的组分：环氧树脂20-35份、锌粉15-25份、二氧化硅0.2-2.5份、填料12-30份、硅烷偶联剂3-6份和有机溶剂20-40份，填料包括钛白粉、滑石粉、云母粉和长石粉中的至少一种，填料包括至少三种粒径范围，分别为1-70μm、80-120μm和130-200μm；

B组分包括以下重量份的组分：聚酰胺固化剂40-60份、泡沫石墨烯粉末1-3份和硅烷偶联剂1-2份。

进一步地，环氧树脂为双酚A型环氧树脂。

进一步地，锌粉为鳞片状锌粉，锌粉的粒径为5-10μm。

进一步地，填料为钛白粉、滑石粉和云母粉的混合物。

进一步地，有机溶剂包括苯、二甲苯、丙二醇、甘油、正丁醇、异丁醇、丙酮、丁酮、甲基异丁基酮、乙酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯中的至少一种。

进一步地，有机溶剂包括二甲苯和正丁醇，二甲苯和正丁醇的质量比为7:3。

进一步地，二氧化硅为气相二氧化硅。

进一步地，硅烷偶联剂包括异丁基三乙氧基硅烷偶联剂、异丁基三甲氧基硅烷偶联剂、甲基三甲氧基硅烷偶联剂、甲基三乙氧基硅烷偶联剂、甲基二甲氧基硅烷偶联剂和甲基二乙氧基硅烷偶联剂中的至少一种。

进一步地，泡沫石墨烯粉末采用如下方法制备获得：将乙醇清洗过的块状的聚氨酯泡沫置于2mg/ml的氧化石墨烯乙醇分散液后，烘干；将干燥且负载了氧化石墨烯的聚氨酯泡沫置于乙醇火焰上燃烧分解30s，即得到泡沫石墨烯粉末。

上述环氧树脂防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将A组分中的锌粉、二氧化硅、填料加入有机溶剂中搅拌混匀；然后向混合物中添加硅烷偶联剂，搅拌混匀，然后向其中添加环氧树脂，搅拌混匀，得A料；

（2）将B组分中的泡沫石墨烯粉末与硅烷偶联剂混匀，最后加入聚酰胺固化剂，继续混合，得B料；

（3）将A料和B料混匀，制得。

本发明所产生的有益效果包括：

1、本发明的环氧树脂防腐涂料中添加了泡沫石墨烯，利用其特殊的三维立体网络结构具有表面积大、体积大的特点，提高与锌粉的连接效果，在较低的锌粉使用量的基础上，便可在涂层基体中构建防腐无机功能网络，提高锌粉的利用率，提高防腐效果。

2、本发明在制备过程中添加有硅烷偶联剂，利用硅烷偶联剂增加二氧化硅、填料、锌粉等无机材料与环氧树脂之间的结合强度进而就提高材料之间的结合密度，减少涂层内部孔隙的含量，进而减少与外界的通道，提高防腐效果。

3、本发明中使用多种粒径的填料，通过不同粒径之间的填充作用，进一步降低涂层内部的孔隙含量，减少与外界的连通通道，提高防腐效果。

具体实施方式

实施例1

一种环氧树脂防腐涂料，包括A组分和B组分，A组分和B组分质量比为5:1，A组分包括以下重量份的组分：双酚A型环氧树脂E44为22份、粒径为5-10μm的锌粉16份、气相二氧化硅0.3份、由钛白粉、滑石粉和云母粉按照1:1:1质量比组成的填料14份、异丁基三甲氧基硅烷偶联剂3份、二甲苯和正丁醇按照7:3质量比组成的溶剂30份，填料粒径为1-70μm占填料总重量的30%，填料粒径为80-120μm占填料总重量的30%，填料粒径为130-200μm占填料总重量的40%，填料为钛白粉、滑石粉和云母粉三种物质等量混合后的混合物； B组分包括以下重量份的组分：聚酰胺固化剂40份、泡沫石墨烯粉末1份和异丁基三甲氧基硅烷偶联剂1份。

上述的环氧树脂防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将A组分中的锌粉、气相二氧化硅、填料加入有机溶剂中搅拌混匀；然后向混合物中添加硅烷偶联剂，搅拌混匀，然后向其中添加双酚A型环氧树脂，搅拌混匀，得A料；

（2）将B组分中的泡沫石墨烯粉末与硅烷偶联剂混匀，然后向其中加入聚酰胺固化剂，继续混合，得B料；

（3）将A料和B料混匀，制得。

实施例2

一种环氧树脂防腐涂料，包括A组分和B组分，A组分和B组分的质量比为7:1，A组分包括以下重量份的组分：双酚A型环氧树脂E44为28份、粒径为5-10μm的锌粉20份、气相二氧化硅2份、由钛白粉、滑石粉和云母粉组成的填料16份、异丁基三甲氧基硅烷偶联剂4份、二甲苯和正丁醇组成的溶剂30份，填料粒径为1-70μm占填料总重量的20%，填料粒径为80-120μm占填料总重量的40%，填料粒径为130-200μm占填料总重量的40%，填料为钛白粉、滑石粉和云母粉三种物质等量混合后的混合物；B组分包括以下重量份的组分：聚酰胺固化剂50份、泡沫石墨烯粉末2份和异丁基三甲氧基硅烷偶联剂2份。

制备方法同实施例1。

实施例3

一种环氧树脂防腐涂料，包括A组分和B组分，A组分和B组分的质量比为6:1，A组分包括以下重量份的组分：双酚A型环氧树脂E44为33份、粒径为5-10μm的锌粉23份、气相二氧化硅2份、由钛白粉、滑石粉和云母粉组成的填料25份、异丁基三甲氧基硅烷偶联剂5份、二甲苯和正丁醇组成的溶剂35份，填料粒径为1-70μm占填料总重量的30%，填料粒径为80-120μm占填料总重量的40%，填料粒径为130-200μm占填料总重量的30%，填料为钛白粉、滑石粉和云母粉三种物质等量混合后的混合物；B组分包括以下重量份的组分：聚酰胺固化剂55份、泡沫石墨烯粉末3份和异丁基三甲氧基硅烷偶联剂2份。

制备方法同实施例1。

实施例4

一种环氧树脂防腐涂料，包括A组分和B组分，A组分和B组分的质量比为8:1，A组分包括以下重量份的组分：双酚A型环氧树脂E44为35份、粒径为5-10μm的锌粉20份、气相二氧化硅1.5份、由钛白粉、滑石粉和云母粉组成的填料30份、异丁基三甲氧基硅烷偶联剂4份、二甲苯和正丁醇组成的溶剂35份，填料粒径为1-70μm占填料总重量的40%，填料粒径为80-120μm占填料总重量的30%，填料粒径为130-200μm占填料总重量的30%，填料为钛白粉、滑石粉和云母粉三种物质等量混合后的混合物；B组分包括以下重量份的组分：聚酰胺固化剂60份、泡沫石墨烯粉末3份和异丁基三甲氧基硅烷偶联剂2份。

制备方法同实施例1。

对比例1

在实施例3的基础上，取消泡沫石墨烯粉末的添加。

对比例2

在实施例3的基础上，将泡沫石墨烯粉末替换为石墨烯片。

对比例3

在实施例3的基础上，将泡沫石墨烯粉末替换为石墨烯片，并调整石墨烯片的使用量为5份。

试验例

将实施例1-4和对比例1-3中防腐涂料涂覆在Q235钢基材表面，在60℃下固化24h，形成防腐涂层。采用电化学阻抗谱（EIS）和动电位极化曲线（TAFEL）两种手段测试涂层腐蚀性能，具体设备为CHI660E电化学工作站（上海辰华仪器有限公司），采用典型的三电极体系，饱和甘汞电极（SCE）作为参比电极（RE），铂片电极作为辅助电极（CE），金属防腐涂层作为工作电极（WE），试验面积为 1cm

表1：防腐涂料的EIS和TAFEL测试

通过上表中的数据可以看出，实施例1-4中的防腐涂料具有更高的低频阻抗模值，更低的腐蚀电流与更加正移的腐蚀电位，即采用本申请中的方法制得的防腐涂料的防腐性能更优。

将对比例1与实施例3进行比较，取消了泡沫石墨烯粉末的添加后，对比例涂料的低频阻抗模值显著降低，说明其电化学腐蚀反应更容易进行，其腐蚀电流增大近5个数量级，腐蚀电位也显著负移，这些结果都意味着泡沫石墨烯粉末添加后大大提高了涂料的防腐性能。具体原因可能是尽管泡沫石墨烯的添加有助于涂层的电子导电性提高， 但石墨烯自身对腐蚀因子的优异阻隔性能及其与鳞片锌粉共同构建的更为高效的防腐无机功能网络也提高了锌粉的利用率和保护效果，从而导致以上腐蚀相关测试数据的变化。

同样，将对比例2与实施例3进行比较，对比例2和实施例3而言，相对于通常的石墨烯片（二维片层形态），因泡沫石墨烯特殊的石墨烯骨架结构（3维多孔结构）更有助于与鳞片锌粉共同构建的更为高效的防腐无机功能网络，从而提高了锌粉的利用率和保护效果。而对比例2和对比例3的测试结果说明普通石墨烯片用量的变化对于涂层防腐性能的影响不大。

目测观察实施例1-4和对比例1-3中的防腐涂料的外观及颜色，并采用铅笔硬度计按照GB/T6739-2006中的方法测试防腐涂料的铅笔硬度，采用CHI660E按照GB1763-79 的方法测试10%NaCl 30d的耐盐水性能，具体测试结果见表2。

表2：防腐涂料的外观、铅笔硬度和耐盐水性能测试

通过上表中的数据可以看出，实施例1-4以及对比例1-3中制备的防腐涂料外观、铅笔硬度以及耐盐水性能均符合国家标准要求。