一种碳纳米管水性涂料前驱液制造技术

本发明专利技术提供了一种碳纳米管水性涂料前驱液，通过氧化镍催化氧化获得羧基碳纳米管，其中泡沫镍经过镀镍、一次空气氧化和二次电化学氧化，能够有效的在泡沫镍表面形成氧化镍催化层，所述氧化镍作为羟基氧化为羧酸的催化剂，能够充分的氧化碳纳米管，获得羧基功能化碳纳米管与水的相容性好，能够高度的分散于水溶液液，沉降时间长。沉降时间长。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管水性涂料前驱液


[0001]本专利技术涉及水性涂料
，为一种碳纳米管环氧树脂复合水性涂料，尤其涉及导电、耐腐蚀涂料及其制备方法。

技术介绍

[0002]环氧树脂(Epoxy Resin)是泛指含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，它是一种低聚物，分子量越低毒性越大。由于其中的环氧基具有很强的活性，固化后交联生成三维立体网状结构，因此它是一种热固性树脂，属于网络聚合物范畴。
[0003]环氧树脂中含有大量的活泼的反应基团，其中就有环氧基与羟基，可与许多有机或者无机官能团反应。由于它的分子含量和化学结构，环氧树脂的形式多样，可以选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在 0~180℃温度范围内固化，所以固化很方便。环氧树脂有出色的机械刚度和韧性，良好的溶剂和耐化学性以及优异的附着力。
[0004]由于环氧树脂固化体系中含有活性极大的极性基团的原因，并且它还有很高的内聚强度等力学性能，因此具有极高的粘接强度，环氧树脂更是可以用作结构胶；环氧材料配方设计的灵活性很大，可设计出各种工艺性要求的配方。可以在建材和化工、涂料等广泛领域用环氧树脂作为胶粘剂。环氧树脂的固化收缩率很小，线胀系数也小。也因此环氧树脂的产品尺寸稳定，且树脂的内应力小，不容易开裂。固化反应时几乎不产生低分子挥发物，工艺性良好。
[0005]综合考虑导电耐蚀涂层的需求，选用环氧树脂作为成膜树脂，这种高分子环氧树脂有着其他高分子不能比拟的优良性质，第一，环氧树脂制备的复合涂层加入固化剂固化后形成的涂层致密性好，不易受环境腐蚀，第二，树脂中含有羟基和环氧基，这使得这些活泼的集团能够与基体间相互作用形成极佳的粘附性，有利于提高复合涂层的结合强度，环氧树脂与二乙烯三胺固化剂作用后，形成的成膜骨架是具有三维网状结构的稳定态，使得涂层不易风化。
[0006]CNT 的导电性能优异，超导特性的 SWCNT 可以通过控制 CNT 的结构制得，而CNT 一维结构能够应用到纳米电路。CNT 具有较好的导电性，是一种优秀的电磁屏蔽材料，除此之外，CNT 还具有抗氧化、耐高温等优点，能够成为多种复合材料的添加剂，应用在屏蔽材料及隐身材料的方向，CNT 极其优异的性能扩大了它的研究价值与使用范围，目前在广泛的领域得到应用。
[0007]由于碳纳米管能够提高复合材料的力学性能、电性能以及其他性能，所以碳纳米管/树脂材料引起越来越多的关注。为了实现增强的目的，有两个问题需要解决：一个是碳纳米管的分散问题、另一个是碳纳米管和基体的界面问题。由于碳纳米管表面比较惰性，而且比表面积比较大易造成团聚，所以碳纳米管增强聚合物的效果不是很明显。基于这个原因，很多人开始对碳纳米管进行物理或化学处理。在这些方法当中，酸处理产生含氧基团的方法是一种常用且高效的，因为它可以提供有效的“反应点”从而与基体树脂实现化学键连接。但是，大多数情况下，这种方法产生的基团往往很少，不能够提供足够的连接与基体键
合，进而造成对应的性能损失。

技术实现思路

[0008]基于上述内容本专利技术提供了一种羧酸化处理碳纳米管材料的方法，通过预先在碳纳米管表面引入成分较为单一且丰富的羟基，然后将其与具有催化活性的氧化镍复合为阳极，在阳极氧化镍的催化作用下，在常规反应条件下，实现羟基碳纳米管向羧酸化碳纳米管的转变，该过程中不仅可以获得表面有较多羧基的碳纳米管，而且能使碳纳米管保持较大的长径比，尽量保持碳纳米管本身的各种优异性能。
[0009]一种碳纳米管水性涂料前驱液，所述碳纳米管为羧酸化碳纳米管，通过如下步骤制备获得：（1）制备多孔碳纳米管氧化镍阳极：（a）选用多孔泡沫镍基材，并对其进行表面清洁预处理，预处理过程中包括有碱洗和酸洗。
[0010]（b）电化学沉积镍：以经过步骤（a）处理的多孔泡沫镍为阴极，碳棒为阳极，浸没于含有氨基磺酸镍、氯化镍、硼酸和十二烷基硫酸钠水溶液液中，阴极电流密度1
‑
1.5A/dm2，时间为15
‑
20℃，时间为10
‑
15min，然后使用去离子水多次洗涤，洗涤后风干。
[0011]（c）空气一次氧化：将经过步骤（b）处理的多孔泡沫镍放置于管式炉中，通入5
‑
7vol.%O2/N2，以5
‑
7℃/min升温至300
‑
400℃，恒温1
‑
2h，然后自然冷却。
[0012]（d）电化学二次氧化：以经过步骤（c）处理的多孔泡沫镍为阴极，碳棒为阳极，浸没于氢氧化钠水溶液中，施加直流电压电化学氧化，然后使用去离子水多次洗涤，洗涤后风干。
[0013]（e）以经过步骤（d）处理的多孔泡沫镍浸没在含有30
‑
40wt.%的碳纳米管悬浮液烧杯中，多孔泡沫镍沿烧杯做正向反向圆周运动，烧杯底部设置磁力搅拌，取出多孔泡沫镍，干燥，并重复浸泡
‑
圆周
‑
取出
‑
干燥步骤2
‑
10次，至重量增加1
‑
10g为止。
[0014]（f）压缩泡沫镍，使得泡沫镍整体尺寸下降30
‑
90%，去离子水冲洗干燥，获得多孔碳纳米管氧化镍阳极。
[0015]（2）以步骤（1）制备的多孔碳纳米管氧化镍为阳极，以惰性碳棒为阴极，浸没于氢氧化钠水溶液中电化学氧化碳纳管。
[0016]（3）取出步骤（2）中的阳极，浸泡于硫酸溶液中，完全溶解除去氧化镍和镍，并配制获得10
‑
30wt.%高分散羧酸碳纳米管水性涂料前驱液。
[0017]在某些实施例中，30
‑
40wt.%的碳纳米管悬浮液通过如下方法制备：先将双氧水和硫酸按体积比为1:3
‑
4混合获得混合液，然后将多壁碳纳米管加入混合液中，在磁力搅拌条件下，加热到30
‑
32℃处理30
‑
40min，然后过滤、洗涤至过滤液偏中性，获得30
‑
40wt.%的碳纳米管悬浮液。
[0018]在某些实施例中，所述碱洗：以50
‑
60g/L氢氧化钠、2
‑
3g/L磷酸三钠、0.5
‑
0.7g/LOP
‑
10和去离子水为碱洗液，温度70
‑
80℃，时间3
‑
5min。
[0019]所述酸洗：以40
‑
50mL/L，密度为1.84g/cm3的硫酸为酸洗液，温度21
‑
23℃，时间60
‑
70s。
[0020]在某些实施例中，步骤（b）中用量：300
‑
400g/L氨基磺酸镍、2
‑
3g/L氯化镍、30
‑
40g/L硼酸和0.05
‑
0.1g/L十二烷基硫酸钠水溶液液。
[0021]在某些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管水性涂料前驱液，其特征在于所述碳纳米管为羧酸化碳纳米管，通过如下步骤制备获得：（1）制备多孔碳纳米管氧化镍阳极：（a）选用多孔泡沫镍基材，并对其进行表面清洁预处理，预处理过程中包括有碱洗和酸洗；（b）电化学沉积镍：以经过步骤（a）处理的多孔泡沫镍为阴极，碳棒为阳极，浸没于含有氨基磺酸镍、氯化镍、硼酸和十二烷基硫酸钠水溶液液中，阴极电流密度1
‑
1.5A/dm2，时间为15
‑
20℃，时间为10
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15min，然后使用去离子水多次洗涤，洗涤后风干；（c）空气一次氧化：将经过步骤（b）处理的多孔泡沫镍放置于管式炉中，通入5
‑
7vol.%O2/N2，以5
‑
7℃/min升温至300
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400℃，恒温1
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2h，然后自然冷却；（d）电化学二次氧化：以经过步骤（c）处理的多孔泡沫镍为阴极，碳棒为阳极，浸没于氢氧化钠水溶液中，施加直流电压电化学氧化，然后使用去离子水多次洗涤，洗涤后风干；（e）以经过步骤（d）处理的多孔泡沫镍浸没在含有30
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40wt.%的碳纳米管悬浮液烧杯中，多孔泡沫镍沿烧杯做正向反向圆周运动，烧杯底部设置磁力搅拌，取出多孔泡沫镍，干燥，并重复浸泡
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圆周
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取出
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干燥步骤2
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10次，至重量增加1
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10g为止；（f）压缩泡沫镍，使得泡沫镍整体尺寸下降30
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90%，去离子水冲洗干燥，获得多孔碳纳米管氧化镍阳极；（2）以步骤（1）制备的多孔碳纳米管氧化镍为阳极，以惰性碳棒为阴极，浸没于氢氧化钠水溶液中电化学氧化碳纳管；（3）取出步骤（2）中的阳极，浸泡于硫酸溶液中，完全溶解除去氧化镍和镍，并配制获得10
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30wt.%高分散羧酸碳纳米管水性涂料前驱液。2.如权利要求1所述的一种碳纳米管水性涂料前驱液，其特征在于30
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40wt.%的碳纳米管悬浮液通过如下方法制备：先将双氧水和硫酸按体积比为1:3
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4混合获得混合液，然后将多壁碳纳米管加入混合液中，在磁力搅拌条件下，加热到30
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32℃处理30
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40min，然后过滤、洗涤至过滤液偏中性，获得30
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【专利技术属性】
技术研发人员：李禹霖，
申请(专利权)人：李禹霖，
类型：发明
国别省市：