[发明专利]一种碳纳米管改性聚氨酯增韧环氧树脂导电材料及其制法

说明书

本发明涉及环氧树脂材料技术领域，且公开了一种碳纳米管改性聚氨酯增韧环氧树脂导电材料，包括以下配方原料及组分：碳纳米管接枝聚氨酯预聚体、环氧树脂、固化剂、消泡剂。该一种碳纳米管改性聚氨酯增韧环氧树脂导电材料，碳纳米管接枝的环己六醇的大量羟基与甲苯二异氰酸酯的异氰酸基团反应，得到异氰酸酯基团的功能化碳纳米管，使聚氨酯在碳纳米管表面原位共价聚合，多胺类固化剂在环氧树脂固化过程中，大量的氨基在与环氧树脂的环氧基团开环交联时，同时与碳纳米管接枝聚氨酯预聚体的端异氰酸酯基团反应，使聚氨酯和环氧树脂形成交联固化网络，增强了环氧树脂涂膜抗冲击强度，提高了电导率和导电性能。

技术领域

本发明涉及环氧树脂材料技术领域，具体为一种碳纳米管改性聚氨酯增韧环氧树脂导电材料及其制法。

背景技术

环氧树脂的分子中含有两个以上的环氧基团，可以使用胺类、酸酐类等含有活泼氢的物质与环氧基团进行开环交联，形成大量的网状结构，环氧树脂的绝缘性能良好，防腐性能优异，环氧树脂的品种众多，如结构胶、耐高温胶、发泡胶、潜伏性固化胶、土木建筑胶等，但是传统的环氧树脂材料的脆性较大，韧性和抗冲击强度不高等机械性能不高，并且环氧树脂的本征电阻率较大，导电性能较差，限制了环氧树脂产品的适用范围。

碳纳米管是由单层或多层石墨片卷曲形成，独特的微观结构赋予了其优异的电性能、导热性能及综合机械性能，因此碳纳米管作为环氧树脂、聚氨酯等复合材料的增强体，来改善环氧树脂等材料的综合性能，但是碳纳米管比表面巨大，表面能很高，使碳纳米管粒子之间的范德华力很强，导致与环氧树脂的相容性很差，形成改善碳纳米管与环氧树脂的界面相容性和分散性成为研究热点。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种碳纳米管改性聚氨酯增韧环氧树脂导电材料及其制法，解决了环氧树脂导电性能较差的问题，同时解决了碳纳米管与环氧树脂的界面相容性很差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种碳纳米管改性聚氨酯增韧环氧树脂导电材料，包括以下原料及组分：碳纳米管接枝聚氨酯预聚体、环氧树脂、固化剂、消泡剂，质量比为5-15:100:25-35:0.2-0.8。

优选的，所述固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺的任意一种。

优选的，所述碳纳米管改性聚氨酯增韧环氧树脂导电材料制备方法包括以下步骤：

(1)向反应瓶中加入无水三氯甲烷溶剂和羧基化碳纳米管，超声分散均匀后加入氯化亚砜，置于恒温油浴反应器中，加热至50-70℃匀速搅拌反应2-4h，将溶液减压蒸馏除去溶剂，使用无水乙醇洗涤固体产物并干燥，制备得到酰氯化碳纳米管。

(2)向反应瓶中加入无水丙酮溶剂和酰氯化碳纳米管，超声分散均匀后加入环己六醇，在50-70℃下匀速搅拌反应4-8h，使用无水乙醇洗涤固体产物并干燥，制备得到多羟基化碳纳米管。

(3)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂和多羟基化碳纳米管，超声分散均匀后加入甲苯二异氰酸酯，加热至80-100℃，匀速搅拌反应24-48h，将溶液冷却至室温，使用乙醇溶剂离心分离洗涤并干燥，制备得到异氰酸酯化碳纳米管。

(4)向反应瓶中通入氮气、加入聚醚二元醇、甲苯二异氰酸酯和异氰酸酯化碳纳米管，超声分散均匀后加入催化剂二月桂酸二丁基锡在65-85℃下匀速搅拌反应2-4h，再加入小分子扩链剂1-4-丁二醇或1-6-己二醇中的任意一种，将温度降至30-40℃，加入丙酮溶剂调节溶液粘度，匀速搅拌反应1-2h，使用乙醇溶剂离心分离和洗涤，直至上层液体澄清，制备得到碳纳米管接枝聚氨酯预聚体。

(5)向反应瓶中加入丙酮稀释剂、碳纳米管接枝聚氨酯预聚体和环氧树脂，进行高速乳化过程，加入固化剂和消泡剂，快速搅拌均匀后将溶液倒入成膜模具中进行热固化成膜，制备得到碳纳米管改性聚氨酯增韧环氧树脂导电材料。