[发明专利]一种基于碳纳米管的紫外光固化涂料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于光敏碳纳米管制备的紫外光固化涂料，所述涂料包含组分及各组分质量分数为0.2％～1.5％的光敏碳纳米管、40～70％的光固化树脂、1％～3％光引发剂与约10～30％活性稀释剂。其制备方法为通过含有双键的光敏单宁酸对碳纳米管非共价键改性，向其表面引入双键得到光敏碳纳米管，将其按比例与其他组分混合均匀，经预烘、光固化，得到光敏碳纳米管改性的紫外光固化涂料。本发明所用碳纳米管表面引入了光固化活性基团，能极大的改善碳纳米管在光光固化树脂中的分散性能，还赋予了碳纳米管光固化特性，使其能够与光固化树脂中的双键共同发生固化交联，提高了界面粘结力，改善了涂料的力学性能。

【技术领域】

本发明涉及紫外光固化及纳米复合材料领域，具体涉及碳纳米管制备的紫外光固化涂料及其制备方法。

【背景技术】

光固化材料在人们的日常生活中变得越来越重要，随着应用领域的不断拓展，高性能光固化材料成为了研究热点之一，例如具有抗静电或导电功能的功能性光固化材料在3C电子材料等高端材料领域中有着很好的应用前景。但是由于主体树脂中必须要含有光敏基团，所以限制了主体树脂的种类，通过添加各种填料可以改善树脂的性能，使得光固化树脂的应用范围变得更加广阔。例如，AESO树脂具有许多优良性能，但仍然具有自身的力学性能还较低的缺点，因此还需要添加增强材料来提高其力学性能。近年来，碳纳米管与C₆₀和石墨烯一样，因其优异的力学性能而在纳米与材料科学研究领域备受关注，具有十分广阔的应用前景。而碳纳米管具备其他材料难以匹敌的优越的力学、电学、热学等性质，成为理想的填料。在聚合物复合材料领域，在添加极少的碳纳米管的情况下，复合材料的力学和热学等性能即可得到显著提升。但是，碳纳米管比表面积大，很容易团聚，在聚合物中难以分散。同时碳纳米管表面没有光敏基团，直接加入树脂中会影响树脂的光固化程度。为解决上述问题，对碳纳米管表面进行修饰改性是处理该矛盾的最佳的方法.先碳纳米管的表面改性方法可大致分为共价键和非共价键法两大类，共价键法改性的碳纳米管虽然提高了其在树脂中的分散性，相应的力学性能也得以改善，但这些进步是以损失先进碳材料的其它优异性能(如热、电等性能)为代价的。这是因为在共价键改性过程中，碳纳米管的化学和电子结构完整性被破坏。相比之下，非共价键法对碳纳米管的固有结构没有破坏作用，所以碳纳米管的结构和性质可以最大程度地得到保持。

本文将甲基丙烯酸缩水甘油酯与单宁酸通过开环加成反应与甲基丙烯酸缩水甘油酯制备得到一种光敏单宁酸，光敏单宁酸的分子链通过苯环与碳纳米管间的π-π相互作用牢固的吸附在碳纳米管表面，从而赋予碳纳米管光固化性能。碳纳米管表面光敏双键的引入一方面提高其在环氧大豆油丙烯酸酯中的分散性，另一方面，双键官能团还能参与树脂基体的光固化反应，这样不但不会降低交联度，还能增强树脂与碳纳米管间的界面粘结力，改善材料的力学性能，大大提环氧大豆油丙烯酸酯的应用价值。

【发明内容】

针对现有技术存在的问题，本申请提供一种碳纳米管的紫外光固化涂料及其制备方法。本发明对单宁酸进行改性合成了一种含有双键的光敏单宁酸，将其用于非共价键修饰石墨烯或碳纳米管。光敏单宁酸结构上还含有大量苯环，因而可以通过π-π作用吸附在碳纳米管间表面，从而赋予碳纳米管光固化性能。一方面确保光敏单宁酸通过π-π相互作用牢固的吸附在碳纳米管的表面上；另一方面双键提高碳纳米管与光固化树脂的相容性，促使石墨烯或碳纳米管均匀分散在树脂中，并能参与最后的光固化反应.这样一来，通过光敏单宁酸这一“桥梁”，碳纳米管不仅能够均匀分散在环氧树脂中，而且还能够使两者之间的界面结合性能大大提高，将碳纳米管和树脂联系成为一个整体，有利于碳材料本身性能的发挥。

本发明的技术方案如下：

一种基于碳纳米管的紫外光固化涂料，其特征在于所含组分及各组分的质量百分数为：光敏碳纳米管0.2％～1.5％、光固化树脂40～70％、光引发剂1％～3％、活性稀释剂10～30％；所述光敏碳纳米管的制备方法为：