本发明专利技术公开了一种磷酸改性碳纳米管/聚氨酯复合涂料及其制备方法。目前的聚氨酯树脂涂料的耐腐蚀性能较差。本发明专利技术的磷酸改性碳纳米管/聚氨酯复合涂料由羟基树脂、改性碳纳米管、助剂、溶剂和固化剂组成，利用磷酸根离子和硅烷偶联剂对碳纳米管两次改性处理；然后把改性处理的碳纳米管加入到羟基树脂和溶剂中，按照上述方法制备的磷酸改性碳纳米管/聚氨酯复合涂料形成的涂层有较好的耐腐蚀性能。
【技术实现步骤摘要】
磷酸改性碳纳米管/聚氨酯复合涂料及其制备方法
本专利技术涉及涂料领域，具体地说是一种磷酸改性碳纳米管/聚氨酯复合涂料及其制备方法。
技术介绍
碳纳米管是由C-C共价键结合而成，由于具有管径小、长径比大的特性，使碳纳米管具有优良的电学和力学性能，其杨氏模量和剪切模量与金刚石相同，理论强度可达106MPa，是钢的10倍。碳纳米管还具有很高的韧性，而密度仅为钢的1/7，耐强酸、强碱，在空气中700℃以下基本不氧化，有望成为复合材料的增强体。碳纳米管是由单层或多层石墨片卷曲而成的无缝纳米管状壳层结构，相邻层间距与石墨的层间间距相当约为0.34nm，长度却可达数毫米，巨大的长径比使管与管之间极易缠结团聚，致使碳纳米管很难溶于水和有机溶剂，限制了其广泛的应用和优良性能的发挥，必须对其进行表面改性。碳纳米管的表面改性可分为两类：一是非共价作用的物理改性；二是共价作用的化学改性。一般来说，纳米粒子的表面改性方法有：表面覆盖改性、机械化学改性、外膜层改性、局部活性改性、高能量表面改性等，其中最简单常用的方法是添加界面改性剂，即分散剂、偶联剂等。经过化学改性的碳纳米管表面化学结构发生变化，由非极性向极性转变，表面能降低，粒子之间的聚集能力减弱，能够很好地分散在各种溶剂体系中，增加了其在聚氨酯树脂中的稳定性和分散性，成为易处理、使用方便的材料，使碳纳米管的工业化应用进入了一个新的阶段，并开启了新的应用领域。CN102942810A公开了一种碳纳米管的表面修饰方法，得到的表面带有酯基的改性碳纳米管，其与聚酯树脂混合后，能够实现无界面混合，提高改性聚酯树脂的热稳定性和力学性能。CN102421838A公开了一种包含碳纳米管的聚氨酯物料，碳纳米管填充并且具有改进的电性能、基于水基聚氨酯-CNT混合物的半结晶聚氨酯组合物。为了制备这些复合材料，使水基PUR胶乳与分散在水中的碳纳米管混合，然后加工成膜，所述膜通过压制或流延工艺制备。CN101906267A公开了一种碳纳米管聚氨酯纳米复合涂料及其制备方法，其提供一种力学、热力学、电学等方面性能更好的碳纳米管聚氨酯纳米复合涂料及其制备方法，改善常规溶剂型双组分聚氨酯涂料的力学和电学性能。目前采用磷酸改性的研究很多，秦旭等人(磷酸对Ti02纳米粒子光催化剂的改性，无机化学学报，2008，24(7)：1108-1112)采用磷酸对纳米锐钛矿相TiO2粒子改性，磷酸修饰显著地提高了纳米锐钛矿相TiO2热稳定性，甚至经过800℃热处理后仍然具有以锐钛矿相为主的相组成。在光催化降解罗丹明B(RhB)过程中经过700℃热处理的磷酸修饰的样品表现出了优于商品P25-TiO2的活性。冯利邦等人(磷酸改性酚醛树脂的结构与耐热性能，材料工程，2013，(9)：75-78)利用磷酸改性酚醛树脂，使酚醛树脂的耐热性、拉伸剪切强度和抗压强度都有了一定程度的提高。张铭铭(多聚磷酸改性沥青微观结构及技术性能研究，博士学位论文,长安大学(2012))研究了多聚磷酸改性沥青的技术性能，试验结果表明，多聚磷酸可以有效改善基质沥青的高温稳定性和抗老化性等，其合理掺量应在0.5～1％。通过掺加SBS和SBR聚合物，可有效提高老化后多聚磷酸改性沥青的低温抗裂性。罗果等人(多聚磷酸改性PBO的纤维的研究，合成纤维工业，2004,27(6):28-30)采用多聚磷酸改性PBO纤维，改性后的PBO纤维接触角明显减小，表明纤维表面亲水性大大提高，即纤维表面润湿性能提高。P2O74-对Fe3+离子有很强的螯合力，在被涂物表面可以形成卓越的钝化膜，对钢铁以及轻金属等的腐蚀具有极强的抑制作用。
技术实现思路
本专利技术在聚氨酯涂料腐蚀性能研究的基础上，提供一种磷酸改性碳纳米管/聚氨酯复合涂料及其制备方法，其所获得的磷酸改性碳纳米管/聚氨酯复合涂料具有贮存稳定性好，不易沉底，而且固化后形成的磷酸改性碳纳米管/聚氨酯复合涂层防腐性能明显提高。为此，本专利技术采用的技术方案如下：磷酸改性碳纳米管/聚氨酯复合涂料，其特征在于它包括组合物A和组合物B；按重量份数计，组合物A包括以下组分和含量：按重量份数计，组合物B包括以下组分和含量：溶剂0～75；固化剂25～100；组合物A与组合物B的配比为100：1～80；组合物A中的溶剂与组合物B中的溶剂采用同一种物质，所述的改性碳纳米管为先经正磷酸或焦磷酸改性处理、再经硅烷偶联剂改性处理的碳纳米管。本专利技术的组合物A与组合物B需分开贮存；使用时，将组合物A按配比与组合物B混合，然后喷涂在载体上。采用磷酸对碳纳米管进行改性，然后用硅烷偶联剂对其包覆修饰，修饰后的粉体与树脂液相容性好，粉体表面P2O74-对Fe3+离子有很强的螯合力，在被涂物表面可以形成卓越的钝化膜，对钢铁以及轻金属等的腐蚀具有极强的抑制作用。进一步，所述改性碳纳米管的管径≤100nm，长度≤50μm。进一步，所述的羟基树脂为羟基丙烯酸树脂或聚酯树脂。进一步，所述的固化剂为异氰酸酯类固化剂。该固化剂应用范围广泛，是高活性、低粘度固化剂，具有优异的耐化学性、耐冲击性、耐磨性、耐候性和保光性。目前市售的固化剂如N75、3390等均属于异氰酸酯类。进一步，溶剂为制备聚氨酯涂料中常用的溶剂，如二甲苯、醋酸丁酯、环己酮中的一种或多种。进一步，所述的硅烷偶联剂为含有下式结构的偶联剂；RxˊSi(Rx〞)3其中：X＝1，2或3；R1ˊ为-NH2(CH2)3，R1〞为-OCH2CH3；R2ˊ为CH2＝C(CH3)CO2(CH2)3，R2〞为-OCH3；R3ˊ为CH2-CHCH2O(CH2)3，R3〞为-OCH3。具体的偶联剂产品可以选自KH550、KH560、KH570等。进一步，所述的助剂选用分散剂、消泡剂、流平剂、防沉剂中的一种或多种。分散剂如BYK公司的BYK110、Anti-Terra-U、Disperbyk-161、Disperbyk-106。消泡剂如Henkel公司的PerenolS4、PerenolS400、PerenolS43和BYK公司的BYK065。流平剂如TEGO公司的450、TEGOFlow370、TEG0GlideB1484。防沉剂选用有机改性膨润土类防沉剂，如美国NL公司的BENTONE27、BENTONE34。上述磷酸改性碳纳米管/聚氨酯复合涂料的制备方法，其特征在于按下列顺序和步骤进行：1)改性碳纳米管的制备将碳纳米管用10～20倍碳纳米管质量的正磷酸或焦磷酸进行改性，分散10～30分钟，超声5～30分钟；进行抽真空，保持真空条件5～10小时；再用无水乙醇洗涤多次、离心、干燥，再向其加入0.5～5％碳纳米管质量的硅烷偶联剂，再加入适量无水乙醇，充分搅拌1～2h，升温至60～80℃，混合搅拌回流2～4h，再将混合物抽滤、烘干、研磨、过筛，得到经二次改性后的改性碳纳米管；2)步骤1)得到的改性碳纳米管按按配方量加入到聚氨酯树脂、助剂和溶剂中，搅拌10～30分钟，得聚氨酯树脂混合物；3)将步骤2)得到的聚氨酯树脂混合物进行研磨，得到磷酸改性碳纳米管/聚氨酯复合涂料的组合物A；4)将固化剂用溶剂溶解得到磷酸改性碳纳米管/聚氨酯复合涂料的组合物B。进一步，所述改性碳纳米管的加入量优选为干膜质量的0.5～1.5％。搅拌、分散、研磨可以使用通用的混本文档来自技高网...
【技术保护点】
磷酸改性碳纳米管/聚氨酯复合涂料，其特征在于，它包括组合物A和组合物B；按重量份数计，组合物A包括以下组分和含量：按重量份数计，组合物B包括以下组分和含量：溶剂 0～75；固化剂 25～100；组合物A与组合物B的配比为100： 1～80；组合物A中的溶剂与组合物B中的溶剂采用同一种物质，所述的改性碳纳米管为先经正磷酸或焦磷酸改性处理、再经硅烷偶联剂改性处理的碳纳米管。
【技术特征摘要】
1.磷酸改性碳纳米管/聚氨酯复合涂料，其特征在于，它包括组合物A和组合物B；按重量份数计，组合物A包括以下组分和含量：按重量份数计，组合物B包括以下组分和含量：溶剂0～75；固化剂25～100；组合物A与组合物B的配比为100：1～80；组合物A中的溶剂与组合物B中的溶剂采用同一种物质，所述的改性碳纳米管为先经正磷酸或焦磷酸改性处理、再经硅烷偶联剂改性处理的碳纳米管；上述磷酸改性碳纳米管/聚氨酯复合涂料的制备方法，按下列顺序和步骤进行：1)改性碳纳米管的制备将碳纳米管用10～20倍碳纳米管质量的正磷酸或焦磷酸进行改性，分散10～30分钟，超声5～30分钟；进行抽真空，保持真空条件5～10小时；再用无水乙醇洗涤多次、离心、干燥，再向其加入0.5～5％碳纳米管质量的硅烷偶联剂，再加入适量无水乙醇，充分搅拌1～2h，升温至60～80℃，混合搅拌回流2～4h，再将混合物抽滤、烘干、研磨、过筛，得到经二次改性后的改性碳纳米管；2)步骤1)得到的改性碳纳米管按配方量加入到羟基树脂、助剂和溶剂中，搅拌10～30分钟，得羟基树脂混合物；3)将步骤2)得到的羟基树脂混合物进行研磨，得到磷酸改性碳纳米管/聚氨酯复合涂料的组合物...
【专利技术属性】
技术研发人员：钱洲亥，祝郦伟，刘敏，周海飞，沈晓明，陈建伟，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网浙江省电力公司电力科学研究院，浙江电力化学技术有限公司，中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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