[发明专利]一种非异氰酸酯聚氨酯碳纳米管改性环氧树脂复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种环氧树脂复合材料，特别是涉及一种非异氰酸酯聚氨酯碳纳米管改性环氧树脂复合材料及其制备方法。

背景技术：

碳纳米管是20世纪80年代末期迅速发展的新科技，其具有独特的结构和物理化学性质，因而广受各方注目，引起了高度关注，并广泛应用到各个领域。碳纳米管具有很高的强度，且对酸、碱耐受度极佳，因此众多研究显示，添加碳纳米管于增加金属和高分子材料中，可有效提升材料的物理及化学性能，采用纳米技术所制成的防腐涂料在防腐性、附着力、柔韧性等方面明显优于传统防锈涂料。

随着现代化工业的发展，各项工业设施和许多现代工程的兴建不断推出，对于材料承受环境影响的能力和使用寿命的要求日益提高，尤其是对于材料的耐腐蚀性要求更是不断提高。在各种防腐技术中，环氧树脂防腐涂料应用最广，发展最多，由于环氧树脂具有易加工成型、强黏着力、高内聚强度、低收缩率、良好介电常数等特性，因此被大量应用于各防腐领域，如建筑、输油管道、铁路桥梁、船舶及海洋工程等腐蚀应用。但是，由于环氧树脂涂料的固化物的柔韧性差、脆性大，抗冲击性能不佳、耐酸碱性偏低，所以限制了其应用，急需改善突破。

公开日为2013.09.04的CN102417781A公开了“用于接地的防腐导电涂料及其制备工艺”，采用纳米碳黑作为环氧树脂填料，但纳米碳黑的导电性能不如碳纳米管优异。

公开日为2015.02.11的CN104341719A公开了“一种碳纳米管改性环氧树脂复合材料”，经表面改性的碳纳米管可以均匀地分散于环氧树脂基体，改性碳纳米管的纳米复合材料与未处理的碳纳米管相比具有更好的耐酸碱性能，但使用了大量分散剂及溶剂造成使用不便。

公开日为2006.10.11的CN1844209A公开了一种碳纳米管表面具有活性氨基的接枝型碳纳米管，提供易分散、界面黏着性佳的增强固化功能的环氧树脂纳米复合材料制备方法，但该材料无法有效提升环氧树脂复合材料的柔韧性。

公开日为2014.03.26的CN103666199A公开了“用于接地网的碳纳米管改性导电防腐涂料及其制备方法”，提供一种同时具有导电及防腐功能的环氧树脂涂料，但由于碳纳米管未经适当改性，不易分散于涂料中，且需加入大量防锈涂料才能达到一定的防腐功能，使用上相当受限。

公开日为2010.07.14的CN101775194A公开了“一种碳纳米管/环氧树脂复合材料及其制备方法”，将等离子体活化接枝改性碳纳米管添加至环氧树脂中，使得碳纳米管在环氧树脂中得到良好的分散，但碳纳米管的添加量有限，最大添加量仅为0.8％。

由于碳纳米管表面能较高，容易发生团聚现象，使它在聚合物中难以均匀分散，直接添加于涂料中易形成硬性沉淀，因此需透过表面改性，如接枝特殊官能基或高分子，以提高碳纳米管分散性。同时，为使得碳纳米管能与环氧树脂基体紧密结合，增强材料性能，本发明开发非异氰酸酯聚氨酯表面修饰碳纳米管，其具有胺基终止官能基，具有活性官能基团可对环氧树脂进行硬化交联。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种非异氰酸酯聚氨酯碳纳米管改性环氧树脂复合材料，其具有良好的储存稳定性，碳纳米管不易沉淀，且具有较高的韧性及耐腐蚀性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种非异氰酸酯聚氨酯碳纳米管改性环氧树脂复合材料，由重量比为1/5～5/1的碳纳米管环氧树脂固化剂和环氧树脂混合固化而成，其中，碳纳米管环氧树脂固化剂由重量比为1/100～1/5的碳纳米管和接枝于该碳纳米管上的非异氰酸酯聚氨酯组成。

优选地，所述碳纳米管为单层碳纳米管、多层碳纳米管中的一种或者两种的组合。

优选地，所述非异氰酸酯聚氨酯具有通式(I)的结构：

其中，n＝1～20，U的结构为通式(II)：

R₁为脂肪族化合物、脂环族化合物、聚醚寡聚物或聚酯寡聚物的可被取代的官能团，

R₂为脂肪族化合物、脂环族化合物、芳香族化合物、烷基取代芳香族化合物、聚醚寡聚物或聚酯寡聚物的可被取代的官能团。

优选地，所述非异氰酸酯聚氨酯由具有通式(III)的氨基化合物和具有通式(IV)的环碳酸酯聚合而成：

H₂N-R₁-NH₂

式(III)，