[发明专利]一种含有改性碳纳米管的防腐复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种含有改性碳纳米管的防腐复合材料及其制备方法和用途，所述防腐复合材料按重量份计，包括以下组分：水性环氧树脂50‑100份，改性碳纳米管0.5‑5份，分散剂0.4‑1份，防沉剂0.4‑1份，消泡剂0.4‑1份，固化剂62.5‑125份；所述改性碳纳米管为依次经过表面羟基化处理、包覆处理和硅烷偶联剂改性处理的碳纳米管。本发明通过制备羟基碳纳米管，显著改善了碳纳米管的分散性，同时，进一步对羟基碳纳米管进行表面PVP包覆处理和硅烷偶联剂改性处理，提高了碳纳米管的水溶性和黏结性，并且，本发明制备方法简单，成本低廉，不影响碳纳米管自身结构和性能，所制备的复合材料防腐蚀能力较强，在极端严苛环境下亦能长久使用，满足了金属等多种基材防腐的需求。

技术领域

本发明属于防腐复合材料领域，特别适用于金属防腐，尤其涉及一种含有改性碳纳米管的防腐复合材料及其制备方法。

背景技术

金属腐蚀是最普遍、损失最大的一种腐蚀。生活、生产中的许多金属设备一般是安装在室外或露天环境中，安装在室外长期受恶劣气候条件的影响，会有锈蚀以及受腐蚀情况，若不能及时维修或更换，可能会导致设备故障，从而影响设备安全正常运行。现在已有多种抑制金属腐蚀的方法，使用涂料防腐便是一种较为有效且普遍的方法，但传统材料防腐存在自身强度不足、耐温性能差，在高温高湿及基材热胀冷缩的情况下容易产生开裂，造成材料防腐效果下降甚至失效，越来越多金属防腐措施开始探索在金属外部增加一层防腐材料。

碳纳米管是一种管状结构的一维纳米材料，具有极高的电学、热学和力学价值，同时还具有高强度、超大比表面积、结构以及化学性质稳定等特性，几乎不与各类腐蚀介质反应，因此，碳纳米管是一种优良的抗腐蚀添加剂。水性环氧树脂是每一个分子中都包含两个或两个以上的环氧基，由于这种环氧树脂更容易进行加工和成型，固化后的物理性能优异，所以在金属防腐中已经得到了广泛应用。

专利CN112574606A公开了一种含碳纳米管金属用防腐涂料，其由环氧树脂、有机膨润土、邻苯二甲酸二丁酯、钛白粉、中铬黄、滑石粉、硫酸钡、氧化锌、碳纳米管、感温粉及配套助剂组成。该发明有效地提高涂料的耐候、耐腐蚀性能。但是，由于碳纳米管的尺寸小、长径比和比表面积很大，使得碳纳米管的分散性较差，碳纳米管之间极易发生团聚和相互缠结，导致其难于在聚合物中均匀分散，在很大程度上限制了它的研究和应用。

专利CN105623504A公开了一种船舶用散热防腐涂料，包括：氟硅树脂、二氧化硅凝胶、环氧树脂、羟基碳纳米管、碳化硅、苯丙乳液、丙二醇、纳米二氧化钛、聚醚醚酮纤维、聚丙烯酰胺、水、乙醇、分散剂、消泡剂、流平剂、固化剂、增塑剂、增稠剂、偶联剂。该发明具有优良的防腐蚀作用和撒热降温作用，可以避免船舶的钢铁结构材质因热胀冷缩长久下来会导致金属产生疲劳，进而发生其材质表面油漆爆裂剥落，水分子及氢、盐酸等进入接触钢铁表面，导致粉化、腐蚀生锈现象。该发明虽然使用羟基化的碳纳米管来提高其分散性，但由于碳纳米管表面的活性基团非常少，碳纳米管和其他聚合物之间的相容性较差，影响了涂料的防腐性能，进而影响其使用效果。

专利CN114058242A公开了一种碳纳米管高导热防腐涂料，由下列重量份原料组成：高分子树脂50-65份、表面酸化碳纳米管5-10份、金属导热粉4-8份、溶剂18-24份、多异氰酸酯芳香化物0.5-1份、偶联剂3-5份、固化剂10-15份和消泡剂10-15份，高分子树脂包括环氧树脂。该发明利用表面酸化碳纳米管，配合多异氰酸酯芳香化物实现对碳纳米管的有效固化，在提高材料本身的导热性同时，提高碳纳米管与材料本身的结合程度和水溶性，使碳纳米管可稳定固定在材料中。但是，该发明使用表面酸化的碳纳米管，反应条件剧烈容易造成碳纳米管的损伤，使碳纳米管发生断裂，长径比减小，影响了涂料整体的防腐性能。

因此，如何提高碳纳米管的分散性和相容性，充分发挥碳纳米管的抗腐蚀优势，从而整体提升产品的防腐性能，特别是提升用于极端严苛环境下金属等基材的防腐性能，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容