包覆多壁碳納米管-環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及Si02包覆多壁碳納米管-環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層的制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 正硅酸乙酯（TE0S);多壁碳納米管(MWCNTs);二氧化硅包覆多壁碳納米管包覆材 料(Si〇2_MWCNTs);無水乙醇;硅烷偶聯(lián)劑(KH560);環(huán)氧樹脂（epoxy)氨水;環(huán)氧樹脂;濃硫 酸;濃硝酸。
[0003] 目前的環(huán)氧材料及涂層制備方法，用混酸酸化多壁碳納米管在一定程度上可以活 化MWCNTs，同時(shí)用KH560改性MWCNTs可以一定程度上改善其分散性，但當(dāng)其加量稍多時(shí)，其 分散性能并不夠理想，從而限制其應(yīng)用范圍。
[0004] 近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，腐蝕也越來越嚴(yán)重，在化工生產(chǎn)中，化工設(shè)備和管道都 會(huì)受到一些酸性或堿性液體和氣體的腐蝕，從而影響到化工生產(chǎn)的質(zhì)量以及人們的生命安 全.現(xiàn)階段有許多防腐措施，而又以防腐涂層最為經(jīng)濟(jì)、最為常用.在涂料領(lǐng)域，納米材料已 經(jīng)得到廣泛的關(guān)注。碳納米管具有石墨優(yōu)良的本征特性:耐熱、耐腐蝕、耐沖擊、傳熱和導(dǎo)電 性好等.研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管是有史以來力學(xué)性能最好的材料之一.但其高的長(zhǎng)徑比以及非 常大的比表面積使得在樹脂體系中不易分散。
[0005] 目前常用的方法是用混酸(濃硫酸:濃硝酸= 3:1)酸化多壁碳納米管在一定程度 上可以活化MWCNTs，同時(shí)用KH560改性MWCNTs可以一定程度上改善其分散性，但當(dāng)其加量稍 多時(shí)，其分散性能并不夠理想，從而限制其應(yīng)用范圍。對(duì)此本發(fā)明通過將Si0 2接枝到MWCNTs 上，大大減小了多壁碳納米管的表面能，同時(shí)用硅烷偶聯(lián)劑KH560對(duì)Si02_MWCNTs進(jìn)行改性， 增加其與有機(jī)高分子間的相容性，不僅改善了多壁碳納米管的分散性，同時(shí)可以將兩種無 機(jī)材料的優(yōu)異性能結(jié)合起來。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供Si02包覆多壁碳納米管-環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層的制備方法， 解決了多壁碳納米管由于極大的表面能，使其非常容易團(tuán)聚的問題，同時(shí)通過在環(huán)氧樹脂 中加入此包覆材料，從而改進(jìn)復(fù)合涂層的性能。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 采用無機(jī)包覆和有機(jī)改性相結(jié)合的方法，無機(jī)材料為納米Si02,通過溶膠-凝膠法 將其包覆于多壁碳納米管表面，所用有機(jī)改性劑為硅烷偶聯(lián)劑KH560，通過化學(xué)法將其接枝 于所得包覆材料表面，得到包覆材料，將制備的包覆材料加入到環(huán)氧樹脂中，得到相應(yīng)的復(fù) 合涂層。
[0009] 進(jìn)一步，（1 )Si02-MWCNTs包覆材料的制備:稱取酸化后碳納米管于去離子水中，超 聲20min，移入三口燒瓶中在40°C下強(qiáng)烈攪拌30min，再稱取等量的正硅酸乙酯溶于去離子 水中，混合均勻后加入到三口燒瓶中，將NaOH溶于去離子水中慢慢加入三口燒瓶中，調(diào)節(jié)PH 值為9左右，繼續(xù)攪拌6h，放置24h，烘干，洗滌直到中性，500°C下煅燒2h，得到包覆材料；（2) Si02-MWCNTs包覆材料的功能化:將包覆材料加入適量的去離子水和乙醇的混合溶液，超聲 攪拌30min，再向其中加入2%的KH560,超聲20min，然后移入三口燒瓶中，在80°C下攪拌lh， 過濾、烘干。
[0010] Si〇2包覆多壁碳納米管-環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層性能優(yōu)化其特征在于；
[0011] 1)通過無機(jī)包覆和有機(jī)改性相結(jié)合的方法，一方面改善多壁碳納米管的分散性 能，另一方面將兩種無機(jī)材料的優(yōu)異性能相結(jié)合。
[0012] 2)所述1)中所用無機(jī)材料為納米Si02,通過溶膠-凝膠法將其包覆于多壁碳納米 管表面，所用有機(jī)改性劑為硅烷偶聯(lián)劑KH560,通過化學(xué)法將其接枝于所得包覆材料表面。
[0013] 3)將制備的包覆材料加入到環(huán)氧樹脂中，得到相應(yīng)的復(fù)合涂層，優(yōu)化復(fù)合涂層的 性能。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明中Si〇2-MWCNTs包覆材料反應(yīng)原理示意圖；
[0015]圖2是復(fù)合涂層在3 · 5 %的NaCl溶液中浸泡4h的圖片；
[0016]圖3是復(fù)合涂層在3.5%的NaCl溶液中浸泡36h的圖片；
[0017]圖4是復(fù)合涂層在3.5%的NaCl溶液中浸泡72h的圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0019] 本發(fā)明的技術(shù)方案分為兩步：（1)Si02-MWCNTs包覆材料的制備:稱取酸化后碳納 米管于去離子水中，超聲20min，移入三口燒瓶中在40°C下強(qiáng)烈攪拌30min，再稱取等量的正 硅酸乙酯溶于去離子水中，混合均勻后加入到三口燒瓶中，將NaOH溶于去離子水中慢慢加 入三口燒瓶中，調(diào)節(jié)PH值為9左右，繼續(xù)攪拌6h，放置24h，烘干，洗滌直到中性，500°C下煅燒 2h，得到包覆材料，此材料中Si0 2包覆層在一定程度上能夠減小多壁碳納米管的表面能，提 高材料的分散性能；（2)Si02-MWCNTs包覆材料的功能化:將包覆材料加入適量的去離子水 和乙醇的混合溶液，超聲攪拌30min，再向其中加入2 %的KH560，超聲20min，然后移入三口 燒瓶中，在80°C下攪拌lh，過濾、烘干，通過對(duì)包覆材料進(jìn)一步有機(jī)改性，可以有效的提升 Si〇2_MWCNTs無機(jī)包覆材料與有機(jī)高分子之間的相容性，從而制備性能優(yōu)異的復(fù)合涂層，反 應(yīng)原理示意圖見圖1。
[0020] Si〇2_MWCNTs/epoxy復(fù)合涂層性能測(cè)試:稱取2份一定量的環(huán)氧樹脂(根據(jù)用量而 定)于燒杯中，分別加入2 %的Si02-MWCNTs包覆粒子和MWCNTs，機(jī)械攪拌lOmin，再用超聲分 散15min，將得到的復(fù)合涂料以及純的epoxy分別噴涂于所需要的工件表面，加熱固化得到 Si〇2_MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy復(fù)合環(huán)氧涂層以及純環(huán)氧涂層，利用EIS測(cè)試涂層的電 學(xué)性能，通過沖擊試驗(yàn)和熱失重實(shí)驗(yàn)測(cè)試復(fù)合涂層的抗沖擊性能以及熱穩(wěn)定性，對(duì)比Si〇2 包覆前后其環(huán)氧復(fù)合涂層(Si0 2-MffCNTS/ep〇Xy、MffCNTS/ep 〇Xy)的性能差異。
[0021] 測(cè)試?yán)?.復(fù)合涂層阻抗性能測(cè)試
[0022] 將帶有Si