[發明專利]石墨烯聚合物節能環保復合材料涂層及其制備工藝和應用

有效

• 申請號: 201610035509.9
• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN105623469B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 田路兵
• 申請（專利權）人: 田路兵
• 主分類號: C09D163/00
• 分類號: C09D163/00;C09D161/06;C09D7/12;C09D5/08
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)11371
• 代理人: 李進

技術領域

本發明涉及化工領域，具體而言，涉及一種石墨烯聚合物節能環保復合材料涂層及其制備工藝和應用。

背景技術

泵是應用非常廣泛的通用機械，無論是軍工領域還是核電、工業、民用領域，凡有液體流動之處，幾乎都有泵在工作。泵又是耗能大戶，泵用電量約為國家總發電量的25-27％，耗油量為國家總耗油量的6-8％，大約有45％容量的電動機用于驅動泵。

然而現實中由于受泵制造工藝水平制約，泵的效能普遍低下；同時受使用環境影響(如各種腐蝕、氣蝕、磨蝕等)，泵的壽命周期大幅縮短；不僅造成嚴重的能源浪費及環境污染，同時也增加了企業的運行成本。

石墨烯是以sp²混成軌域組成六角形蜂巢排列的二維晶體，厚度為0.335nm，僅一個碳原子直徑，是目前世上最薄的材料，卻擁有杰出的力學性質，機械強度遠高于鋼鐵百倍，比重卻僅約鋼鐵的四分之一，針對復合材料的機械強度提升是極佳的選擇。

中國專利CN102286189描述了一種氧化石墨與環氧樹脂的復合材料，將氧化石墨與環氧樹脂以多種物理方式混合后，進而固化成型的產物，用于改善環氧樹脂的機械強度。制程中并無有毒溶劑，并且有助于石墨烯分散。但是氧化石墨由于官能基含量太高，雖有助于兩者之間的結合，但其機械性質相較于使用石墨烯差。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種石墨烯聚合物復合有機涂層，所述有機涂層為石墨烯改性的樹脂涂層，具有質量輕、表面光滑以及抗腐蝕、氣蝕、磨蝕性能優、環保等特點。通過與金屬的復合使用可以大幅降低金屬材質的使用量，并減少設備的自重，提高泵流道及葉輪的光滑度減少阻力，以實現減少資源浪費、降低能耗、延長設備壽命周期之目的。

本發明的第二目的在于提供所述石墨烯聚合物復合有機涂層的制備方法，所述方法根據制備復合涂層的原料的性質涉及了具體的投料順序和反應時間，工藝條件明確，穩定性和可再現性好。

本發明的第三目的在于提供一種所述石墨烯聚合物復合有機涂層的應用，本發明的涂層應用領域廣泛，可以應用在各種需要涂層保護的裝置或設備上。如泵、水輪機、螺旋槳、風機以及各種化學儲罐、水箱、反應釜、污水池槽；各類換熱器管板保護等。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：

本發明的一個方面涉及一種石墨烯聚合物復合有機涂層，所述有機涂層主要是由按重量份計的以下組分制備的：

基礎樹脂40-60份；

石墨烯1份；

復合改性劑30-55份；

固化劑20-45份；

其中，所述基礎樹脂包括按重量份計10-20份的酚醛樹脂和30-40份的雙酚F。

本發明選用雙酚F樹脂(BPF)作為基礎樹脂的主要組分，BPF樹脂具有粘度低、耐腐蝕性能好、韌性好、作業性優良等特點，應用于環境惡劣的設備上可以提供長久優良的保護效果，延長設備的使用周期。本發明使用石墨烯對基礎樹脂進行改性，材料質量輕，強韌性好，斷裂強度比最好的鋼材高200倍，不僅可以大幅降低泵的重量，而且優異的抗沖擊性能可以大幅提高泵的抗氣蝕和磨蝕能力，從而降低能耗。本發明優選使用單層石墨烯，單層石墨烯較為便宜易得，可以節約應用成本。由以上組分制備的石墨烯聚合物復合有機涂層具有質量輕、表面光滑以及抗腐蝕、氣蝕、磨蝕性能優、環保等優點。

優選地，所述復合改性劑包括按重量計的以下組分：預處理劑1-3份、消泡劑0.2-1份、納米硅1-5份、流平劑0.2-1份、滑石粉0.5-3份、二氧化硅空心球15-20份、云母粉5-10份、四氟粉5-10份、紫外吸收劑0.2-1份、抗氧劑0.2-1份。

消泡劑優選畢克消泡劑，該消泡劑為不含有機硅的破泡聚合物溶液，可以高效破泡并消泡。

納米硅的加入，在有效提升產品觸變性能的同時，與環氧環狀分子的氧進行鍵合，提高分子間的鍵力，從而大幅提高材料的綜合性能。同時可以改善材料表觀，使材料固化后視覺感官更光滑細膩，且安全環保

滑石粉可以有效提升產品對基材的粘接性能及抗撓曲等各項力學性能，同時可以有效降低產品成本，且安全環保。

二氧化硅空心球比重為每立方厘米0.28g，是通用金屬材料比重的三十分之一至四十分之一。該材料的添加可提高涂層的致密性、光潔度、冷熱疲勞性、斷裂韌性、抗蠕變性能和高分子材料產品的耐磨性能尤為顯著，且安全環保。優選美國3M公司。