SiO2包覆多壁碳纳米管-环氧树脂复合涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了SiO2包覆多壁碳纳米管-环氧树脂复合涂层的制备方法，采用无机包覆和有机改性相结合的方法，无机材料为纳米SiO2，通过溶胶-凝胶法将其包覆于多壁碳纳米管表面，所用有机改性剂为硅烷偶联剂KH560，通过化学法将其接枝于所得包覆材料表面，得到包覆材料，将制备的包覆材料加入到环氧树脂中，得到相应的复合涂层。本发明专利技术的有益效果是SiO2-MWCNTs/epoxy复合涂层对腐蚀介质具有较好的抗渗透性能，较大程度的提高了复合涂层的阻抗性能，同时其抗冲击性能以及热稳定性能也有所提高。

Method for preparing SiO2 coated multi walled carbon nanotube epoxy resin composite coating

The invention discloses a multi walled carbon nanotube coated SiO2 epoxy resin composite coating preparation method using inorganic coating and organic modified combination of inorganic materials, nano SiO2 by sol-gel method which is coated on the surface of multi walled carbon nanotubes, the organic modifier for KH560 with silane coupling agent through the chemical method, the surface grafted to the coating material, coating material, the prepared coating material added to the epoxy resin, obtained the corresponding composite coatings. The invention has the beneficial effects of SiO2-MWCNTs/epoxy composite coating has good anti permeability performance of corrosive medium, greatly improve the resistance of the composite coating, and the impact resistance and thermal stability is also improved.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料
，涉及SiO2包覆多壁碳纳米管-环氧树脂复合涂层的制备方法。
技术介绍
正硅酸乙酯(TEOS)；多壁碳纳米管(MWCNTs)；二氧化硅包覆多壁碳纳米管包覆材料(SiO2-MWCNTs)；无水乙醇；硅烷偶联剂(KH560)；环氧树脂(epoxy)氨水；环氧树脂；浓硫酸；浓硝酸。目前的环氧材料及涂层制备方法，用混酸酸化多壁碳纳米管在一定程度上可以活化MWCNTs，同时用KH560改性MWCNTs可以一定程度上改善其分散性，但当其加量稍多时，其分散性能并不够理想，从而限制其应用范围。近年来，随着经济的发展，腐蚀也越来越严重，在化工生产中，化工设备和管道都会受到一些酸性或碱性液体和气体的腐蚀，从而影响到化工生产的质量以及人们的生命安全.现阶段有许多防腐措施，而又以防腐涂层最为经济、最为常用.在涂料领域，纳米材料已经得到广泛的关注。碳纳米管具有石墨优良的本征特性：耐热、耐腐蚀、耐冲击、传热和导电性好等.研究发现，碳纳米管是有史以来力学性能最好的材料之一.但其高的长径比以及非常大的比表面积使得在树脂体系中不易分散。目前常用的方法是用混酸(浓硫酸：浓硝酸＝3:1)酸化多壁碳纳米管在一定程度上可以活化MWCNTs，同时用KH560改性MWCNTs可以一定程度上改善其分散性，但当其加量稍多时，其分散性能并不够理想，从而限制其应用范围。对此本专利技术通过将SiO2接枝到MWCNTs上，大大减小了多壁碳纳米管的表面能，同时用硅烷偶联剂KH560对SiO2-MWCNTs进行改性，增加其与有机高分子间的相容性，不仅改善了多壁碳纳米管的分散性，同时可以将两种无机材料的优异性能结合起来。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供SiO2包覆多壁碳纳米管-环氧树脂复合涂层的制备方法，解决了多壁碳纳米管由于极大的表面能，使其非常容易团聚的问题，同时通过在环氧树脂中加入此包覆材料，从而改进复合涂层的性能。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：采用无机包覆和有机改性相结合的方法，无机材料为纳米SiO2，通过溶胶-凝胶法将其包覆于多壁碳纳米管表面，所用有机改性剂为硅烷偶联剂KH560，通过化学法将其接枝于所得包覆材料表面，得到包覆材料，将制备的包覆材料加入到环氧树脂中，得到相应的复合涂层。进一步，(1)SiO2-MWCNTs包覆材料的制备:称取酸化后碳纳米管于去离子水中，超声20min，移入三口烧瓶中在40℃下强烈搅拌30min，再称取等量的正硅酸乙酯溶于去离子水中，混合均匀后加入到三口烧瓶中，将NaOH溶于去离子水中慢慢加入三口烧瓶中，调节PH值为9左右，继续搅拌6h，放置24h，烘干，洗涤直到中性，500℃下煅烧2h，得到包覆材料；(2)SiO2-MWCNTs包覆材料的功能化：将包覆材料加入适量的去离子水和乙醇的混合溶液，超声搅拌30min，再向其中加入2％的KH560，超声20min，然后移入三口烧瓶中，在80℃下搅拌1h,过滤、烘干。SiO2包覆多壁碳纳米管-环氧树脂复合涂层性能优化其特征在于；1)通过无机包覆和有机改性相结合的方法，一方面改善多壁碳纳米管的分散性能，另一方面将两种无机材料的优异性能相结合。2)所述1)中所用无机材料为纳米SiO2，通过溶胶-凝胶法将其包覆于多壁碳纳米管表面，所用有机改性剂为硅烷偶联剂KH560，通过化学法将其接枝于所得包覆材料表面。3)将制备的包覆材料加入到环氧树脂中，得到相应的复合涂层，优化复合涂层的性能。附图说明图1是本专利技术中SiO2-MWCNTs包覆材料反应原理示意图；图2是复合涂层在3.5％的NaCl溶液中浸泡4h的图片；图3是复合涂层在3.5％的NaCl溶液中浸泡36h的图片；图4是复合涂层在3.5％的NaCl溶液中浸泡72h的图片。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术的技术方案分为两步：(1)SiO2-MWCNTs包覆材料的制备:称取酸化后碳纳米管于去离子水中，超声20min，移入三口烧瓶中在40℃下强烈搅拌30min，再称取等量的正硅酸乙酯溶于去离子水中，混合均匀后加入到三口烧瓶中，将NaOH溶于去离子水中慢慢加入三口烧瓶中，调节PH值为9左右，继续搅拌6h，放置24h，烘干，洗涤直到中性，500℃下煅烧2h，得到包覆材料，此材料中SiO2包覆层在一定程度上能够减小多壁碳纳米管的表面能，提高材料的分散性能；(2)SiO2-MWCNTs包覆材料的功能化：将包覆材料加入适量的去离子水和乙醇的混合溶液，超声搅拌30min，再向其中加入2％的KH560，超声20min，然后移入三口烧瓶中，在80℃下搅拌1h,过滤、烘干，通过对包覆材料进一步有机改性，可以有效的提升SiO2-MWCNTs无机包覆材料与有机高分子之间的相容性，从而制备性能优异的复合涂层，反应原理示意图见图1。SiO2-MWCNTs/epoxy复合涂层性能测试：称取2份一定量的环氧树脂(根据用量而定)于烧杯中，分别加入2％的SiO2-MWCNTs包覆粒子和MWCNTs，机械搅拌10min，再用超声分散15min,将得到的复合涂料以及纯的epoxy分别喷涂于所需要的工件表面，加热固化得到SiO2-MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy复合环氧涂层以及纯环氧涂层，利用EIS测试涂层的电学性能，通过冲击试验和热失重实验测试复合涂层的抗冲击性能以及热稳定性，对比SiO2包覆前后其环氧复合涂层(SiO2-MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy)的性能差异。测试例1.复合涂层阻抗性能测试将带有SiO2-MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy、epoxy复合涂层的钢片在3.5％的NaCl溶液中浸泡不同时间，分别测试其阻抗性能，结果如附图2-4；从图中可以看到，在浸泡4h、36h、72h时，均是SiO2-MWCNTs/epoxy复合涂层的阻抗最大，随着时间的延长，3种复合涂层的阻抗均减小，在浸泡72h时，epoxy的阻抗已经小于500Ω·cm2，已经基本失效，MWCNTs/epoxy也已经呈现出Warburg阻抗的趋势，开始出现两个时间常数了，说明此时电解质也已经穿透了涂层，到达涂层/金属基体的界面了。而对于SiO2-MWCNTs/epoxy的样品而言，此时仍然未出现上述特点，说明此时它对金属基体还能起到较好的保护作用。测试例2.复合涂层抗冲击性能测试测试SiO2-MWCNTs本文档来自技高网...

【技术保护点】
SiO2包覆多壁碳纳米管‑环氧树脂复合涂层的制备方法，其特征在于：采用无机包覆和有机改性相结合的方法，无机材料为纳米SiO2，通过溶胶‑凝胶法将其包覆于多壁碳纳米管表面，所用有机改性剂为硅烷偶联剂KH560，通过化学法将其接枝于所得包覆材料表面，得到功能化的包覆材料，将其加入到环氧树脂中，得到相应的复合涂层。

【技术特征摘要】
1.SiO2包覆多壁碳纳米管-环氧树脂复合涂层的制备方法，其特征在于：采
用无机包覆和有机改性相结合的方法，无机材料为纳米SiO2，通过溶胶-凝胶法
将其包覆于多壁碳纳米管表面，所用有机改性剂为硅烷偶联剂KH560，通过化
学法将其接枝于所得包覆材料表面，得到功能化的包覆材料，将其加入到环氧树
脂中，得到相应的复合涂层。
2.按照权利要求1所述SiO2包覆多壁碳纳米管-环氧树脂复合涂层的制备方
法，其特征在于按照以下步骤进行：
(1)SiO2-MWCNTs包覆材料的制备:称取酸化后碳纳米管于去离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：何毅，陈春林，施太和，钟菲，范毅，郭睿，何泽，杨强斌，
申请(专利权)人：成都石大力盾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51