一种环氧树脂粉末涂料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及防腐涂料技术领域，具体涉及一种环氧树脂粉末涂料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.金属腐蚀不仅会给人类带来经济上的损失，而且还会危害生态环境和危及人身安全，所以金属防腐至关重要。目前，应用最广泛的金属防腐方法是在金属基材表面涂覆防腐涂料，形成具有保护作用的防腐涂层，最终达到防腐的效果。
3.粉末涂料是由固体树脂、颜料、填料和助剂等组成的固体粉末状合成树脂涂料，其具有不含挥发性有机化合物(voc)、材料利用率高等优点，近年来被广泛用作金属基材的功能性防护涂料。环氧树脂粉末涂料具有优异的粘和性，在金属表面喷涂热固化后可以形成坚硬的涂层，该涂层具有较好的防腐性能。然而，现有的环氧树脂粉末涂料形成的涂层在侵蚀性环境中遭受到滑动、滚动、微动和撞击等机械作用时(即机械-腐蚀耦合作用)，其防腐性能会显著下降，使用寿命会大幅缩短，已经难以满足日益增长的实际应用需求。
4.因此，开发一种形成的涂层具有高粘附性、低摩擦、高耐磨性、高耐蚀性能的环氧树脂粉末涂料具有十分重要的意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种环氧树脂粉末涂料及其制备方法和应用。
6.本发明所采取的技术方案是：
7.一种环氧树脂粉末涂料，其包括以下质量份的组分：
8.环氧树脂：100份；
9.石墨烯纳米片：0.2份～1.6份；
10.固化剂：10份～50份；
11.颜填料：10份～100份；
12.助剂：2份～20份。
13.优选的，一种环氧树脂粉末涂料，其包括以下质量份的组分：
14.环氧树脂：100份；
15.石墨烯纳米片：0.3份～1.2份；
16.固化剂：20份～40份；
17.颜填料：30份～70份；
18.助剂：5份～15份。
19.优选的，所述环氧树脂选自双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂、酚醛环氧树脂中的至少一种。
20.优选的，所述石墨烯纳米片的片层直径为3μm～9μm，片层厚度为1nm～3nm。
21.优选的，所述固化剂选自双氰胺固化剂、酚类固化剂、酸酐类固化剂中的至少一
种。
22.优选的，所述颜填料选自钛白粉、硫酸钡粉、硅灰石粉、云母粉中的至少一种。
23.优选的，所述助剂选自光亮剂、流平剂、脱气剂、抗氧剂、紫外光吸收剂、光稳定剂、附着力促进剂中的至少一种。
24.上述环氧树脂粉末涂料的制备方法包括以下步骤：将环氧树脂、固化剂、颜填料和助剂混合均匀，再加入石墨烯纳米片，混合均匀后进行挤出、压片、磨粉和筛分，即得环氧树脂粉末涂料。
25.一种防腐涂层，其组成包括上述环氧树脂粉末涂料。
26.上述防腐涂层的制备方法包括以下步骤：将环氧树脂粉末涂料静电喷涂至金属基材表面，进行烘烤固化，冷却，即得防腐涂层。
27.优选的，所述静电喷涂的工艺参数为：静电电压为60kv～70kv，喷枪口离金属基材的距离为10cm～20cm，喷粉角度为70
°
～90
°
，喷粉压力为0.4mpa～0.7mpa。
28.优选的，所述金属基材为碳钢、镀锌钢、不锈钢中的一种。
29.优选的，所述烘烤固化在190℃～220℃下进行，固化时间为5min～20min。
30.本发明的有益效果是：本发明的环氧树脂粉末涂料形成的涂层具有高粘附性、低摩擦、高耐磨性、高耐蚀性能，且其制备工艺简单、成本低，适合进行大规模工业化生产，在苛刻复杂的机械-腐蚀耦合损伤环境(例如：市政建设、高速公路、铁路、输电线路、光伏能源和海上风电等环境)中具有广阔的应用前景。
附图说明
31.图1为实施例1的防腐涂层、对比例的防腐涂层和实施例1中的石墨烯纳米片的raman光谱图。
32.图2为实施例1的防腐涂层、对比例的防腐涂层和实施例1中的石墨烯纳米片的fesem图。
33.图3为实施例1和对比例的防腐涂层的粘附性能和耐冲击性能测试结果图。
34.图4为实施例1和对比例的防腐涂层的耐盐雾性能测试结果图。
具体实施方式
35.下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
36.实施例1：
37.一种环氧树脂粉末涂料，其原料组成如下表所示：
38.表1一种环氧树脂粉末涂料的原料组成表
[0039][0040]
上述环氧树脂粉末涂料的制备方法包括以下步骤：将环氧树脂、酚类固化剂、钛白粉、纳米白炭黑、安息香、抗氧剂1076和氨基硅油混合，搅拌均匀，再加入石墨烯纳米片，搅拌均匀后进行挤出、压片、磨粉和筛分，即得环氧树脂粉末涂料。
[0041]
一种防腐涂层，其制备方法包括以下步骤：将上述环氧树脂粉末涂料静电喷涂至碳钢表面，静电喷涂的工艺参数为：静电电压为60kv，喷枪口离金属基材的距离为15cm，喷粉角度为80
°
，喷粉压力为0.5mpa，再210℃烘烤固化5min，自然冷却，即得防腐涂层。
[0042]
实施例2：
[0043]
一种环氧树脂粉末涂料，其原料组成如下表所示：
[0044]
表2一种环氧树脂粉末涂料的原料组成表
[0045]
[0046][0047]
上述环氧树脂粉末涂料的制备方法包括以下步骤：将环氧树脂、酚类固化剂、钛白粉、纳米白炭黑、安息香、抗氧剂1076和氨基硅油混合，搅拌均匀，再加入石墨烯纳米片，搅拌均匀后进行挤出、压片、磨粉和筛分，即得环氧树脂粉末涂料。
[0048]
一种防腐涂层，其制备方法包括以下步骤：将上述环氧树脂粉末涂料静电喷涂至碳钢表面，静电喷涂的工艺参数为：静电电压为70kv，喷枪口离金属基材的距离为10cm，喷粉角度为80
°
，喷粉压力为0.5mpa，再210℃烘烤固化5min，自然冷却，即得防腐涂层。
[0049]
实施例3：
[0050]
一种环氧树脂粉末涂料，其原料组成如下表所示：
[0051]
表3一种环氧树脂粉末涂料的原料组成表
[0052]
[0053][0054]
上述环氧树脂粉末涂料的制备方法包括以下步骤：将环氧树脂、酚类固化剂、钛白粉、纳米白炭黑、安息香、抗氧剂1076和氨基硅油混合，搅拌均匀，再加入石墨烯纳米片，搅拌均匀后进行挤出、压片、磨粉和筛分，即得环氧树脂粉末涂料。
[0055]
一种防腐涂层，其制备方法包括以下步骤：将上述环氧树脂粉末涂料静电喷涂至碳钢表面，静电喷涂的工艺参数为：静电电压为60kv，喷枪口离金属基材的距离为15cm，喷粉角度为80
°
，喷粉压力为0.5mpa，再210℃烘烤固化5min，自然冷却，即得防腐涂层。
[0056]
实施例4：
[0057]
一种环氧树脂粉末涂料，其原料组成如下表所示：
[0058]
表4一种环氧树脂粉末涂料的原料组成表
[0059][0060]
[0061]
上述环氧树脂粉末涂料的制备方法包括以下步骤：将环氧树脂、酚类固化剂、钛白粉、纳米白炭黑、安息香、抗氧剂1076和氨基硅油混合，搅拌均匀，再加入石墨烯纳米片，搅拌均匀后进行挤出、压片、磨粉和筛分，即得环氧树脂粉末涂料。
[0062]
一种防腐涂层，其制备方法包括以下步骤：将上述环氧树脂粉末涂料静电喷涂至碳钢表面，静电喷涂的工艺参数为：静电电压为60kv，喷枪口离金属基材的距离为15cm，喷粉角度为80
°
，喷粉压力为0.5mpa，再210℃烘烤固化5min，自然冷却，即得防腐涂层。
[0063]
实施例5：
[0064]
一种环氧树脂粉末涂料，其原料组成如下表所示：
[0065]
表5一种环氧树脂粉末涂料的原料组成表
[0066][0067]
上述环氧树脂粉末涂料的制备方法包括以下步骤：将环氧树脂、酚类固化剂、钛白粉、纳米白炭黑、安息香、抗氧剂1076和氨基硅油混合，搅拌均匀，再加入石墨烯纳米片，搅拌均匀后进行挤出、压片、磨粉和筛分，即得环氧树脂粉末涂料。
[0068]
一种防腐涂层，其制备方法包括以下步骤：将上述环氧树脂粉末涂料静电喷涂至碳钢表面，静电喷涂的工艺参数为：静电电压为60kv，喷枪口离金属基材的距离为15cm，喷粉角度为80
°
，喷粉压力为0.5mpa，再210℃烘烤固化5min，自然冷却，即得防腐涂层。
[0069]
对比例：
[0070]
一种环氧树脂粉末涂料，其原料组成如下表所示：
[0071]
表6一种环氧树脂粉末涂料的原料组成表
[0072][0073]
上述环氧树脂粉末涂料的制备方法包括以下步骤：将环氧树脂、酚类固化剂、钛白粉、纳米白炭黑、安息香、抗氧剂1076和氨基硅油混合后进行挤出、压片、磨粉和筛分，即得环氧树脂粉末涂料。
[0074]
一种防腐涂层，其制备方法包括以下步骤：将上述环氧树脂粉末涂料静电喷涂至碳钢表面，静电喷涂的工艺参数为：静电电压为60kv，喷枪口离金属基材的距离为15cm，喷粉角度为80
°
，喷粉压力为0.5mpa，再210℃烘烤固化5min，自然冷却，即得防腐涂层。
[0075]
性能测试：
[0076]
1)实施例1的防腐涂层、对比例的防腐涂层和实施例1中的石墨烯纳米片的raman光谱图如图1所示。
[0077]
由图1可知：实施例1的防腐涂层保留了环氧树脂的特征峰，还出现了石墨烯的三个特征峰，说明石墨烯纳米片和环氧树脂间的结合非常好。
[0078]
2)实施例1的防腐涂层、对比例的防腐涂层和实施例1中的石墨烯纳米片的场发射扫描电子显微镜(fesem)图如图2(a为实施例1中的石墨烯纳米片，b和c为对比例的防腐涂层的截面和表面，d和e为实施例1的防腐涂层的截面和表面)所示。
[0079]
由图2可知：石墨烯纳米片为极薄的纳米片层结构，且石墨烯纳米片的添加可以显著提防腐涂层的致密性，大幅减少裂纹、孔洞、空腔等微观结构缺陷。
[0080]
3)实施例1和对比例的防腐涂层的粘附性能(参照“gb/t 5210-2006色漆和清漆拉开法附着力试验”进行测试，采用球盘式往复摩擦磨损试验，测试载荷为5n，频率为5hz，摩擦对偶为φ6mm的不锈钢球，测试时间为60min)和耐冲击性能(参照“gb/t 1732-2020漆膜耐冲击测定法”进行测试)测试结果图如图3所示。
[0081]
由图3可知：实施例1的防腐涂层与对比例的防腐涂层相比，粘附性能和耐冲击性能均显著提升。
[0082]
4)实施例1和对比例的防腐涂层的耐盐雾性能(参照“gb/t 10125-2012人造气氛腐蚀试验盐雾试验”进行测试)测试结果图如图4所示，实施例1～5和对比例的防腐涂层的摩擦系数、磨损率和在浓度3.5％的nacl溶液中浸泡50天后的腐蚀参数(采用动电位极化曲线测试防腐涂层的耐腐蚀性能，扫描速率为0.01v/s)如下表所示：
[0083]
表7防腐涂层的摩擦系数、磨损率和腐蚀参数表
[0084][0085]
由图4和表7可知：实施例1～5的防腐涂层与对比例的防腐涂层相比，磨损率和摩擦系数均大幅降低，润滑性能显著提高，耐腐蚀性能显著提高，在浓度3.5％的nacl溶液中浸泡50天后腐蚀电流密度降低了两个数量级，1500h盐雾试验后仍维持优异的腐蚀防护能力。
[0086]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。