水性碳纳米管/环氧树脂复合涂料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于碳纳米管应用的技术领域，旨在公开一种水性碳纳米管/环氧树脂复合涂料及其制备方法与应用。该水性碳纳米管/环氧树脂复合涂料由以下按质量份数计的组分组成：环氧树脂100份，碳纳米管水性浆料100～300份，固化剂8～80份，促进剂0.5～2.5份，流平剂0.5～1份，消泡剂0.1～2.5份，填料0～100份。本发明专利技术的有益效果是，本发明专利技术的水性碳纳米管/环氧树脂复合涂料组分简单，相容性好，涂料成膜后附着力好、硬度高、耐酸碱性好，耐盐雾性好，可广泛应用于碳纳米管/水性环氧纳米复合涂料领域，具有重要商业应用价值。有重要商业应用价值。有重要商业应用价值。

【技术实现步骤摘要】
水性碳纳米管/环氧树脂复合涂料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于碳纳米管应用的
，特别涉及一种水性碳纳米管/环氧树脂复合涂料及其制备方法与应用。
技术背景
[0002]环氧涂料具有良好的附着性、耐热性、耐磨性、电绝缘性及耐化学腐蚀性，在能源、电力、汽车、船舶、交通运输等工业生产具有广泛的应用。但环氧树脂本身难溶于水，传统的环氧涂料通常都伴随着醇类、酮类或芳香烃等有机溶剂的使用，这些有机溶剂含有大量挥发性有机物(VOCs)，这会对环境造成严重污染，同时对人类健康带来威胁。近年来，随着国内和国际环保相关法律及执行标准日益严格，低碳、节能、环保也越来越收到重视，开发绿色、环保的水性环氧涂料越来越成为环氧涂料行业的主流趋势。
[0003]现如今，水性环氧涂料的研究主要集中在开发环保、高效的环氧树脂专用乳化剂，减少生产成本，提高水性环氧乳液的稳定性，增强水性环氧涂料的性能，实现高性能水性环氧涂料的工业化生产。但由于环氧树脂乳化剂一般都含有大量亲水性基团或者链段，这些亲水性基团或者链段在环氧涂料固化后会残余其中，这往往会对环氧涂料的耐水性及耐化学性产生一定的负面影响。另外，由于环氧树脂本身具有良好的绝缘性能。因此，这很大程度限制了水性环氧涂料在抗静电及防腐领域中的应用。
[0004]碳纳米管由于其良好的导电性及化学稳定性，被广泛应用于与环氧树脂复合制备碳纳米管/环氧树脂复合材料，来解决环氧树脂导电性差及耐腐蚀性能不够等问题。但碳纳米管长径比较大、比表面积高、表面光滑且高度极化，使得聚集的管束之间具有较大的范德华作用力，极易团聚或缠结，很难均匀分散在环氧树脂体系中，特别是水性体系的环氧树脂，这严重限制了其应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺点和不足，提供一种水性碳纳米管/环氧树脂复合涂料。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供一种水性碳纳米管/环氧树脂复合涂料的制备方法。
[0007]本专利技术还有一目的在于提供一种水性碳纳米管/环氧树脂复合涂料的应用。
[0008]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0009]一种水性碳纳米管/环氧树脂复合涂料，由以下按质量份数计的组分组成：
[0010][0011]所述碳纳米管水性浆料通过以下方法制备得到：
[0012]S1将碳纳米管、含聚醚链段改性的环氧树脂、稳定剂和水混合通过高速预剪切，静置浸润，获得预混合料；
[0013]S2将预混合料依次经过砂磨和高压均质研磨分散，得到分散好的碳纳米管水性浆料；
[0014]S1)中所述高速预剪切，剪切速度为2
‑
40m/s，处理时间为30min
‑
6h；
[0015]所述碳纳米管、含聚醚链段改性的环氧树脂、稳定剂和水的质量比为1：(2～10)：(0.4～1)：(6～30)
[0016]S2)中的所述研磨介质采用陶瓷珠，直径0.2
‑
2.0mm，分散盘线速度2
‑
40m/s；所述高压均质处理压力为20
‑
100MPa；
[0017]所述的碳纳米管的管径为8
‑
60nm，长度为3
‑
30μm；
[0018]所述含聚醚链段改性的环氧树脂，结构式为式Ι所示：
[0019][0020]其中n＝22～181；R1为
‑
C6H4‑
、
‑
CH＝CH
‑
和
‑
CH2CH2‑
中至少一种；为环氧树脂失去一个环氧基团所形成的结构，所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂或双酚A型环氧树脂；为
[0021]所述含聚醚链段改性的环氧树脂为式Ι一种以上。
[0022]所述含聚醚链段改性的环氧树脂通过以下方法制备得到：
[0023]步骤a)在惰性气体的保护下，以溶剂M为反应介质，将用溶剂M稀释的聚乙二醇逐渐滴加至有机二元酸酐、催化剂A与溶剂M的混合体系下进行反应，得到两端均为羧基的聚醚二元醇；所述溶剂M为有机溶剂，所述催化剂A为能够催化反应进行的催化剂；
[0024]步骤b)以溶剂N为反应介质，将用溶剂N稀释的环氧树脂逐渐滴加至两端均为羧基的聚醚二元醇、催化剂B与溶剂N的混合体系下进行反应，得到含聚醚链段改性的环氧树脂；所述溶剂N为有机溶剂，所述催化剂B为能够催化反应进行的催化剂。
[0025]步骤a)中所述反应的条件为80～120℃下反应6～9h；步骤(S2)中所述反应的条件为90～130℃下反应9～12h。
[0026]所述有机二元酸酐、聚乙二醇、溶剂M和催化剂A的质量比为(4～6)：(17～133)：(20～140)：(0.1～2.1)。
[0027]步骤b)中所述两端均为羧基的聚醚二元醇、环氧树脂、溶剂N和催化剂B的质量比为(12～84)：(9～14)：(20～100)：(0.1～1.5)
[0028]步骤a)和步骤b)中反应完成后，需进行减压蒸馏。
[0029]步骤a)中所述有机二元羧酸酐为马来酸酐、邻苯二甲酸酐和琥珀酸酐中的一种以上，优选为其中任意一种；
[0030]步骤a)中所述聚乙二醇的相对分子质量为1000～8000；
[0031]步骤a)中所述溶剂M和步骤b)中所述溶剂N各自独立为甲苯、二氧六环、丁酮、乙酸乙酯、乙二醇二甲醚、N,N
′‑
二甲基甲酰胺、乙二醇丁醚、丙二醇单甲醚中的至少一种；
[0032]步骤a)中所述催化剂A为对甲苯磺酸、有机锡、三乙胺中的任意一种；所述有机锡优选为二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、二(十二烷基硫)二丁基锡、二醋酸二丁基锡或二烷基锡二马来酸酯中的一种或多种；
[0033]步骤b)中所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂或双酚A型环氧树脂，优选为E51、E44和F51中的一种或多种。
[0034]步骤b)中所述催化剂B为三乙胺、季铵盐、三苯基膦中的任意一种；所述季铵盐为苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵中一种以上；
[0035]步骤b)中所述稳定剂纤维素、阿拉伯胶、黄原胶、卡拉胶和海藻酸钠中的一种或多种；
[0036]所述水性碳纳米管/环氧树脂复合涂料的制备方法，包括以下步骤：
[0037]将100质量份环氧树脂和100～300质量份碳纳米管水性浆料通过高速剪切分散均匀，再加入0.5～1质量份流平剂、0.1～2.5质量份消泡剂和0～100质量份填料，混合均匀，然后加入8～80质量份固化剂与0.5～2.5质量份促进剂，继续搅拌均匀，得到水性碳纳米管/环氧树脂复合涂料。
[0038]所述涂料在形成涂层时，其固化条件为在60～120℃下固化2～5h。
[0039]所述环氧树脂为F型环氧树脂或双酚A型环氧树脂中一种以上。
[0040]所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水性碳纳米管/环氧树脂复合涂料，其特征在于：所述水性碳纳米管/环氧树脂复合涂料的各个组分的质量份数为：2.一种制备如权利要求1所述的水性碳纳米管/环氧树脂复合涂料的方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：步骤1：按照设计配比分别称取各个原料；步骤2：先将100质量份环氧树脂和100～300质量份碳纳米管水性浆料通过高速剪切分散均匀，再加入0.5～1质量份流平剂、0.1～2.5质量份消泡剂和0～100质量份填料，混合均匀；步骤3：然后加入8～80质量份固化剂与0.5～2.5质量份促进剂，继续搅拌均匀，得到水性碳纳米管/环氧树脂复合涂料，将水性碳纳米管/环氧树脂复合涂料涂覆在工件表面固化后，即得性碳纳米管/环氧树脂复合涂层。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤2中的碳纳米管水性浆料包括：碳纳米管、含聚醚链段改性的环氧树脂、稳定剂和水，且各个组分之间的质量比为1：2～10：0.4～1：6～30。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述含聚醚链段改性的环氧树脂的结构式如(Ι)所示：式中，n＝22～181；R1为
‑
C6H4‑
、
‑
CH＝CH
‑
和
‑
CH2CH2‑
中至少一种；为环氧树脂失去一个环氧基团所形成的结构，所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂或双酚A型环氧树脂；为
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述含聚醚链段改性的环氧树脂通过以下方法制备得到：步骤a)在惰性气体的保护下，以溶剂M为反应介质，将用溶剂M稀释的聚乙二醇逐渐滴加至有机二元酸酐、催化剂A与溶剂M的混合体系下进行反应，得到两端均为羧基的聚醚二元醇；所述溶剂M为有机溶剂，所述催化剂A为能够催化反应进行的催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：石红义，陶璐飘，陈名海，王鹏，
申请(专利权)人：江西铜业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：