【中國(guó)涂料采購(gòu)網(wǎng)】1、引言
石墨烯是目前世界上最熱門的材料，近日科學(xué)家發(fā)布了石墨烯的一個(gè)最新研究成果：石墨烯可用于金屬防腐，且時(shí)世上最薄的防腐蝕涂料。2010年諾貝爾研究項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)，單層碳原子結(jié)構(gòu)有應(yīng)用于涂料的可能性：作為非侵入式涂料的非可見組成部分，作為一種聚集能量的“智能皮膚”，以及制成防污漆。但范德堡大學(xué)研究人員關(guān)于石墨烯的最新發(fā)現(xiàn)則是人們?cè)诜栏g方面最有效的方法?？茖W(xué)家們?cè)诿绹?guó)化學(xué)協(xié)會(huì)主辦的雜志《ACS納米》上發(fā)布了該發(fā)現(xiàn)報(bào)告：防腐蝕速度減慢20倍?？茖W(xué)家將“石墨烯原子超薄”層作為一種可防止底層金屬腐蝕的防護(hù)涂料來(lái)進(jìn)行研究，他們?cè)阢~和鎳中加入石墨烯或機(jī)械地將多層石墨烯轉(zhuǎn)移到銅和鎳表面，并采用電化學(xué)方法來(lái)觀察其緩蝕情況。研究表明：兩種方法都有很好的效果。以此為契機(jī)，本公司開發(fā)了自己的一種新型冷鍍鋅專用樹脂，即JP-SZ-20石墨烯納米改性包覆、導(dǎo)電樹脂。采用此樹脂制得的冷噴鋅涂料，其防腐性能更好，耐鹽霧達(dá)到3000小時(shí)以上，同時(shí)硬度、柔韌性、抗沖擊以及附著力等各項(xiàng)綜合性能優(yōu)異。
2、冷鍍鋅樹脂的制備及特性
由以下方法制成：稱取有機(jī)溶劑、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羥丁酯、甲基丙烯酸羥乙酯、羥乙基甲基丙烯酸磷酸鹽、過(guò)氧-2-乙基己酸叔丁酯、氧化石墨烯;將3/4的有機(jī)溶劑、氧化石墨烯加入反應(yīng)釜A內(nèi)混勻;將甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羥丁酯、甲基丙烯酸羥乙酯、羥乙基甲基丙烯酸磷酸鹽、3/4的過(guò)氧-2-乙基己酸叔丁酯混勻后加入滴加槽B，再滴加至反應(yīng)釜A內(nèi);將剩余有機(jī)溶劑和過(guò)氧-2-乙基己酸叔丁酯混勻后加入到滴加槽B，于113-118℃滴加至反應(yīng)釜A，保溫0.8-1.2h，降溫，過(guò)濾;超聲處理，加入水合肼反應(yīng)，過(guò)濾，洗滌，干燥。
石墨烯的加入，能賦予冷鍍鋅的包覆樹脂導(dǎo)電性和柔韌性。因?yàn)槭┲懈魈荚又g的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來(lái)適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使其電子受到的干擾非常小，從而使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。由于石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)材料，它上面都是碳原子基本沒有官能團(tuán)，所以石墨烯是不能直接與丙烯酸酯接枝的。但是石墨烯的前體——氧化石墨烯比較容易與丙烯酸酯進(jìn)行接枝、包覆等化學(xué)反應(yīng)，這主要是利用了氧化石墨烯表面豐富的羧基、羰基、羥基等高活性的含氧官能團(tuán)。但是在氧化過(guò)程中石墨片層的共軛網(wǎng)絡(luò)受到嚴(yán)重的官能化影響，使氧化石墨烯幾乎失去了導(dǎo)電性。所以接枝共聚后的氧化石墨烯/丙烯酸酯復(fù)合材料需要用水合肼進(jìn)行還原以恢復(fù)其導(dǎo)電性。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，此樹脂具有以下四大特性：
2.1高附著
加入功能性單體羥乙基甲基丙烯酸磷酸鹽，可大大提高樹脂對(duì)鋅粉的包覆和對(duì)基材的附著;因?yàn)檫x擇具有某些功能基團(tuán)(羥基、氨基、磷酸根離子等)的有機(jī)樹脂或通過(guò)添加這些具有功能基團(tuán)的樹脂，使它們?cè)阡\粉顆粒表面形成化學(xué)鍵來(lái)形成牢固的包覆，而羥乙基甲基丙烯酸磷酸鹽含有高含量羥基(-OH)和磷酸根離子等極性基團(tuán)，有利于對(duì)基體金屬的附著;此外，可與鋼鐵表面上形成氫鍵，氫鍵產(chǎn)生的作用力遠(yuǎn)大于次價(jià)鍵形成的范德華力，有利于鍍層與基材結(jié)合;加之鋼板表面噴砂，可提高基體粗糙度，使鍍鋅層與基體更好“嚙合”，發(fā)生錨固效應(yīng)，這樣使鋅粉顆?？梢岳卫蔚仞じ皆诨w上，產(chǎn)生結(jié)合強(qiáng)度更高的金屬鍵作用力，使冷鍍鋅與金屬表面發(fā)生電化學(xué)結(jié)合，附著力強(qiáng)抗剝落，因此，冷噴鋅凃?qū)訉?duì)噴砂板具有優(yōu)異的附著力;
2.2全包覆
當(dāng)有機(jī)樹脂通過(guò)純物理吸附包覆在顆粒表面時(shí)，有機(jī)樹脂容易脫附下來(lái)，因此有必要提高其與顆粒表面的作用，使其鍵合在顆粒表面，以改善樹脂在顆粒表面的包覆?？梢赃x擇具有某些功能基團(tuán)(羥基、氨基等)的有機(jī)樹脂或通過(guò)添加這些具有功能基團(tuán)的樹脂，使它們?cè)陬w粒表面形成化學(xué)鍵來(lái)形成牢固的包覆。通過(guò)對(duì)超細(xì)鋅粉進(jìn)行獨(dú)特的樹脂表面包覆處理，可以改善鋅粉顆粒的分散性和表面活性，使鋅粉顆粒表面獲得新的物理、化學(xué)、力學(xué)性能及新的功能。
研究表明，石墨烯的基本結(jié)構(gòu)單元為有機(jī)材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán)，是目前最理想的二維納米材料。理想的石墨烯結(jié)構(gòu)是平面六邊形點(diǎn)陣，可以看作是一層被剝離的石墨分子，每個(gè)碳原子均為sp2雜化，并貢獻(xiàn)剩余一個(gè)p軌道上的電子形成大π鍵，π電子可以自由移動(dòng)，賦予石墨烯良好的導(dǎo)電性。同時(shí)由于石墨烯的這種雙面芳香烴結(jié)構(gòu)，使其有著超大的比表面積(理論值為2630m2/g)，因此，具有高的負(fù)載容量，使它成為了很有潛力的包覆材料。經(jīng)過(guò)石墨烯改性，我們實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋅粉的完全包覆方式。
2.3導(dǎo)電特性
特殊有機(jī)樹脂為冷鍍鋅的防腐提供了“屏障保護(hù)”。其作用機(jī)理是：首先以有機(jī)樹脂“屏障保護(hù)”為主，此時(shí)導(dǎo)電鋅粉被有機(jī)樹脂隔離保護(hù)，減緩了鋅粉氧化。這是因?yàn)槔?a href="http://www.e2tr8.cn">噴鋅涂料中的有機(jī)樹脂在鋅粉顆粒的周圍形成了致密的保護(hù)屏障層(涂層無(wú)空隙)，可有效地抵御外界如水、氧和離子的滲入侵蝕。隨后冷鍍鋅表面，鋅粉顆粒也可與空氣中的CO2、H2O結(jié)合生成ZnO、Zn(OH)2和堿式碳酸鋅，填滿了鍍層的空隙，形成了一層“自修復(fù)”鋅鹽屏障(見式1)。
此“屏障保護(hù)”層，減緩了鍍鋅層和鋼鐵結(jié)構(gòu)的腐蝕速率，從而延長(zhǎng)了保護(hù)期。屏障保護(hù)原理如圖1。
圖1屏障保護(hù)示意圖
當(dāng)有機(jī)涂層破損，就以犧牲陽(yáng)極鋅粉的“陰極保護(hù)”為主。而冷噴鋅涂料的鋅顆粒間接觸面大且多，排列緊密空隙小，且干膜鋅粉含量也高達(dá)96%。熱鍍鋅僅上面的鍍鋅層的鋅含量為96%，鋅顆粒排列時(shí)空隙較大。冷噴鋅涂料中的鋅顆粒雖被有機(jī)樹脂包覆，但由于有機(jī)樹脂含量低，成薄涂層，且樹脂為導(dǎo)電樹脂，其導(dǎo)通性并未受到限制，仍具有良好的“陰極保護(hù)”。
以氧化石墨烯的方式引入石墨烯，有利于提高冷噴鋅涂料的導(dǎo)電性;因?yàn)槿绻袡C(jī)樹脂對(duì)鋅粉實(shí)行全包覆，就會(huì)把鋅粉的導(dǎo)電性給屏蔽，這就使冷鍍鋅的鋅粉與鋼鐵基材不能形成原電池，鋅粉不能“犧牲陽(yáng)極”，從而就不能保護(hù)鋼鐵基材，但由于樹脂為導(dǎo)電樹脂，使隔離開來(lái)的導(dǎo)電鋅粉粒子彼此再接觸形成一種導(dǎo)電無(wú)限網(wǎng)鏈，最終冷噴鋅涂料體系的導(dǎo)通性不受影響，使冷噴鋅涂層仍能導(dǎo)電，防腐原理與電鍍鋅的相當(dāng);當(dāng)然冷噴鋅涂料中的全包覆是干膜含量4%的導(dǎo)電樹脂就對(duì)96%鋅粉實(shí)行了全包覆，而冷噴鋅涂料對(duì)噴砂板的高附著力又要靠此低含量有機(jī)樹脂來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就對(duì)導(dǎo)電樹脂提出了特殊要求。
2.4DIY模式
本公司的冷噴鋅涂料專用樹脂為高分散型樹脂，只需加入鋅粉攪拌均勻即可得到冷噴鋅涂料產(chǎn)品，極大的降低了成本，操作簡(jiǎn)單，可行性高，同時(shí)在硬度、柔韌性和抗沖擊強(qiáng)度等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的物理性能;因?yàn)槭┲懈魈荚又g的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面就彎曲變形，從而使得該樹脂有極強(qiáng)的韌性，同時(shí)，此樹脂的Tg值較高，具有較高的硬度。