桥梁用底面二合一水性环氧石墨烯涂料主剂的制备方法.pdf

桥梁用底面二合一水性环氧石墨烯涂料主剂的制备方法，涉及钢结构桥梁涂料的生产技术领域将去离子水与分散剂、颜料、填料、石墨烯水乳液混合后研磨，经调整pH值后，再与水性环氧树脂、流平剂、消泡剂、助溶搅拌混合，最后再与触变剂搅拌混合，得到水性环氧石墨烯涂料主剂。将本发明产品与适量的固化剂和水混合，采用喷枪进行喷涂，不但具有优异的防腐性能，同时还具有极佳的厚涂性，可以满足桥梁钢箱梁内壁单道成膜厚度高要求，本发明制成的产品可替代水性环氧富锌底漆与水性环氧厚浆漆，作为底漆和面漆的二合一涂料使用，可有效缩短桥梁钢箱梁表面的处理工期。

1.桥梁用底面二合一水性环氧石墨烯涂料主剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）将去离子水与分散剂、颜料、填料、石墨烯水乳液混合，得到第一混合体系；2）将第一混合体系研磨至细度≤50μm，得到研磨浆料；3）在600～800rpm转速下，采用中和剂将研磨浆料的pH值调整至8～9，得到第二混合体系；4）将第二混合体系与水性环氧树脂、流平剂、消泡剂、助溶搅拌混合，得到第三混合体系；5）在搅拌状态下，将触变剂与第三混合体系搅拌混合，得到水性环氧石墨烯涂料主剂。 2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述石墨烯水乳液占所述主剂总投料质量的10～20%，所述水性环氧树脂占所述主剂总投料质量的25～40%。 3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述颜料占所述主剂总投料质量的5～10%，所述填料占所述主剂总投料质量的15～30%，所述去离子水占所述主剂总投料质量的5～25%，所述中和剂占所述主剂总投料质量的1～5%。 4.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于所述步骤5）中，在90±10min内将触变剂与第三混合体系混合。 5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述石墨烯水乳液中石墨烯的质量分数为1～3%。 6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述石墨烯水乳液为青岛德通纳米技术有限公司生产的DTGL-5411石墨烯乳。 7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述中和剂为乙醇胺类。 8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述颜料为钛白粉。 9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述助溶剂为异丙醇、乙二醇中的至少任意一种。 10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述触变剂为Borchi0620或Borchi0434中的至少任意一种。

技术领域

本发明涉及涂料，特别是钢结构桥梁用涂料的生产技术领域。

背景技术

现代桥梁多采用钢梁结构，尤以钢箱梁结构为最多。钢箱梁内壁通常依照C3~C4的腐蚀环境设计涂装配套体系。在传统油性涂料配套方案中，多采用环氧富锌底漆加环氧厚浆漆的涂装方案。但传统溶剂型涂料易燃，涂料中的溶剂挥发易与空气形成爆炸性混合气体，当其浓度达到爆炸极限范围内时，遇火星就会引发爆炸事故。在类似于桥梁钢箱梁等密闭环境中施工时，因为通风条件的限制，发生爆炸的危险性极大，施工过程中存在较大的安全隐患。

水性漆主要以水作为溶剂，虽然含有一些助溶剂，但是有机挥发物含量非常低，几乎没有闪点或者闪点相当高，在涂装过程中没有安全隐患，对施工人员的健康也没有危害。

由上可见水性涂料最为主要的优点是不燃，可以避免起火和爆炸事故的发生，这是水性防腐涂料有别于溶剂型涂料的最大的安全性能优势。

但目前市场上提供的水性涂料产品也存在着一定缺点，比如水性漆对于施工环境比较敏感。而且水性漆的特点所致，难以做到单道厚膜，对于整体防腐性很难有保证。

石墨烯作为一种新型的由碳原子构成的单片层片状结构的二维材料，厚度只有1个碳原子，并具有高导电性、高导热性。预测在航空航天、宇宙探测、海洋开发、国防工业、国民经济各方面具有不可估量的应用前景，研究热潮在全球突起，国内也起步不俗，发展极快。

石墨烯具有极高的径厚比（直径/厚度），极少的添加量就能够在涂膜内部性能连续的屏蔽层，达到提高涂膜防腐性能的目的。但由于石墨烯属于纳米级别的材料，因此具有极大的比表面积，直接在涂料中很难使用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种具有优异的防腐蚀性能，同时具有极佳的厚涂性的底面合一水性环氧石墨烯涂料主剂的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）将去离子水与分散剂、颜料、填料、石墨烯水乳液混合，得到第一混合体系；

2）将第一混合体系研磨至细度≤50μm，得到研磨浆料；

3）在600～800rpm转速下，采用中和剂将研磨浆料的pH值调整至8～9，得到第二混合体系；

4）将第二混合体系与水性环氧树脂、流平剂、消泡剂、助溶搅拌混合，得到第三混合体系；

5）在搅拌状态下，将触变剂与第三混合体系搅拌混合，得到水性环氧石墨烯涂料主剂。

本发明采用石墨烯作为主要的防腐材料，配合水性环氧树脂优异的防腐性能，可以得到的底面合一水性环氧石墨烯涂料主剂，该产品制备工艺简单。将本发明产品与适量的固化剂和水混合，采用喷枪进行喷涂，不但具有优异的防腐性能，同时还具有极佳的厚涂性，可以满足桥梁钢箱梁内壁单道成膜厚度高要求，本发明制成的产品可替代水性环氧富锌底漆与水性环氧厚浆漆，作为底漆和面漆的二合一涂料使用，可有效缩短桥梁钢箱梁表面的处理工期。

进一步地，本发明所述石墨烯水乳液占所述主剂总投料质量的10～20%，随着石墨烯水乳液加量的提高，当将本发明涂料喷涂于桥梁表面上形成的表面层的耐盐雾性能有明显提高，当石墨烯水乳液达到最高时，其耐盐雾性能单膜即可达到840h以上，且一次喷涂成膜厚度可达到干膜175μm /道次，能够满足钢箱梁内部涂装施工需要。

所述水性环氧树脂占所述主剂总投料质量的25～40%。

水性环氧树脂作为涂料的主要成膜物质，在体系中的重要性不言而喻。水性环氧树脂含量多少直接影响到涂膜的物理性能和防锈性能。一般来讲，树脂含量过高则体系的成本较高、物理性能不佳；树脂含量过低则体系的韧性差、防锈性能下降。因此水性体系中设计树脂加量在25～40%为宜。

所述颜料占所述主剂总投料质量的5～10%，所述填料占所述主剂总投料质量的15～30%，所述去离子水占所述主剂总投料质量的5～25%，所述中和剂占所述主剂总投料质量的1～5%。

颜填料在体系中起到着色、增加遮盖力，以及作为填充料提高漆膜机械强度的作用。依照本发明的体系计算，产品的CPVC理论值约为32%，但由于石墨烯乳液的特殊性（粘度大固含量低），因此设计体系的PVC值最大达到26%，以保证漆膜性能。

胺中和剂选用二乙醇胺，是因为对于水性涂料而言，体系的pH值对体系的稳定性非常关键。通常来讲，水性涂料在酸性环境下处于不稳定状态，在碱性环境下则能够达到水油相的稳定的平衡。而涂料使用的颜填料一般都是经过酸处理，在水性体系中表现出弱酸性，这就要使用胺中和剂对体系进行中和，以保证体系的稳定性。二乙醇胺的沸点较高，能够满足在高温季节的体系稳定性。

所述步骤5）中，在90±10min内将触变剂与第三混合体系混合。触变剂为Borchi 0620或Borchi 0434中的一种或几种。该触变剂为缔合型聚氨酯类触变剂，具有良好的增稠、触变作用。但这种类型的触变剂本身粘度较高，分散性不佳，在生产过程中需要施加较高的剪切力方能够良好分散。本发明中要求触变剂在较长的时间（90±10min）内添加，其目的也是保证助剂在添加过程中能够得到良好的分散，以此充分发挥助剂效果。

另外，本发明所述石墨烯水乳液中石墨烯的质量分数为1～3%。石墨烯属于纳米级材料，具有极大的比表面积，在涂料中使用有极高的吸油量，因此很难做到直接使用。本发明所使用的石墨烯水乳液，是通过分散剂使石墨烯粉体均匀分散在水中，形成粘稠、稳定的浆状物，便于生产使用。由于石墨烯的特殊性，在乳液中的石墨烯质量分数最高仅能达到1～3%，而此含量也可满足本发明的需求。

所述石墨烯水乳液为青岛德通纳米技术有限公司生产的DTGL-5411石墨烯乳。

所述颜料为钛白粉。

所述助溶剂为异丙醇、乙二醇中的至少任意一种。

所述触变剂为Borchi 0620或Borchi 0434中的至少任意一种。触变剂为缔合型聚氨酯类触变剂，具有良好的增稠、触变作用。但这种类型的触变剂本身粘度较高，分散性不佳，在生产过程中需要施加较高的剪切力方能够良好分散。

具体实施方式

一、生产工艺：

1、水性环氧石墨烯涂料主剂的制备：

按表1进行各实施例的称量（单位：kg）。

表1水性环氧石墨烯涂料主剂配方

主剂 实施例 1 实施例 2 实施例 3 实施例 4 水性环氧树脂 25 30 35 40 石墨烯水乳液 10 15 15 20 中和剂 0.5 0.5 1 1 颜料 5 7 9 10 助溶剂 2 3 4 5 分散剂 0.5 0.5 1 1 流平剂 0.5 0.5 0.5 0.5 消泡剂 0.5 0.5 0.5 0.5 填料 30 25 20 15 去离子水 25 17 12 5 触变剂 1 1 2 2 合计

上表中：

水性环氧树脂为南亚公司生产的水性环氧树脂E291W-60。

石墨烯水乳液为青岛德通纳米技术有限公司生产的DTGL-5411石墨烯乳，浓度为1～3wt%。

中和剂为二乙醇胺。

颜料为钛白粉。

助溶剂为异丙醇、乙二醇中的至少任意一种。

分散剂为BYK-190或核心化学所生产的Disuper S30中的至少任意一种。

流平剂为核心化学所生产的Lev F40。

消泡剂为迪高公司所生产的TEGO 901W或902W中的至少任意一种。

填料为滑石粉、长石粉、硫酸钡中的至少任意一种。

触变剂采用Borchi 0620或Borchi 0434中的至少任意一种。

制备方法步骤：

将去离子水与分散剂、颜料、填料、石墨烯水乳液混合，得到第一混合体系。

将第一混合体系研磨至细度≤50μm，得到研磨浆料。

在600～800rpm转速下，采用中和剂将研磨浆料的pH值调节整至8～9，得到第二混合体系。

将第二混合体系与水性环氧树脂、流平剂、消泡剂、助溶搅拌混合，得到第三混合体系。

在搅拌状态下，在90±10min内将触变剂与第三混合体系搅拌混合，得到水性环氧石墨烯涂料主剂。

2、固化剂的制备：

固化剂为水溶性改性胺类固化剂，采用同德公司生产的3EC150Y。

将固化剂按照产品配比进行分装，即得到固化剂。

表2 水性环氧石墨烯涂料固化剂配方

固化剂组分 实施例 1 实施例 2 实施例 3 实施例 4 固化剂 10 12 15 20

二、试验及结果：

试验方法：将各实施例中所得产品两组分，按照配比充分混合均匀，添加0～5wt%的水作为稀释剂调漆，采用空气喷枪进行喷涂制板，自干7天后做以下综合性能测试。

耐盐雾测试：测试方法依照GB/T 1771-1991进行检测。

漆膜干燥时间：依照 GB/T 1728-1979（1989）进行检测。

附着力：依照GB/T 1720-1979（1989）进行检测。

硬度：依照 GB/T 6739-96进行检测。

耐冲击性能：依照GB/T 1732-1993进行检测

表3显示了四个实施例制成的底漆的测试结果。

表3 各实施例底漆性能测试结果

由上表结果可见，各实施例的涂膜外观、干燥时间无明显差异。但随着石墨烯水乳液加量的提高，实施例的耐盐雾性能有明显提高，实施例4中由于石墨烯含量最高，其耐盐雾性能单膜即可达到840h以上，且一次喷涂成膜厚度可达到干膜175微米/道，能够满足钢箱梁内部涂装施工需要。