包覆多壁碳纳米管-环氧树脂复合涂层的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料技术领域，涉及Si02包覆多壁碳纳米管-环氧树脂复合涂层的制 备方法。
【背景技术】
[0002] 正硅酸乙酯（TE0S);多壁碳纳米管(MWCNTs);二氧化硅包覆多壁碳纳米管包覆材 料(Si〇2_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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。对此本发明通过将Si0 2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Si02_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。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供Si02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。
[0007] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
[0008] 采用无机包覆和有机改性相结合的方法，无机材料为纳米Si02,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。
[0009] 进一步，（1 )Si02-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°C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°C下煅烧2h，得到包覆材料；（2) Si02-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°C下搅拌lh， 过滤、烘干。
[0010] Si〇2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；
[0011] 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。
[0012] 2)所述1)中所用无机材料为纳米Si02,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。
[0013] 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】
[0014] 图1是本发明中Si〇2-MWCNTs包覆材料反应原理示意图；
[0015]图2是复合涂层在3 · 5 %的NaCl溶液中浸泡4h的图片；
[0016]图3是复合涂层在3.5%的NaCl溶液中浸泡36h的图片；
[0017]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】
[0018] 下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0019] 本发明的技术方案分为两步：（1)Si02-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°C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°C下煅烧 2h，得到包覆材料，此材料中Si0 2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)Si02-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°C下搅拌lh，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 Si〇2_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。
[0020] Si〇2_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Si02-MWCNTs包覆粒子和MWCNTs，机械搅拌lOmin，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 Si〇2_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Si〇2 包覆前后其环氧复合涂层(Si0 2-MffCNTS/ep〇Xy、MffCNTS/ep 〇Xy)的性能差异。
[0021] 测试例1.复合涂层阻抗性能测试
[0022] 将带有Si