[发明专利]一种多功能粉末涂料及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种多功能粉末涂料及其制备方法和应用。一种导电阻燃的复合填料，所述复合填料包括纳米黑磷、碳纳米管、聚苯胺；所述复合填料为核壳结构；其中，纳米黑磷/碳纳米管为核；聚苯胺为壳；所述纳米黑磷通过表面的羟基与所述碳纳米管形成氢键。所述多功能粉末涂料具有良好的抗静电、阻燃和防腐性。利用纳米黑磷改善环氧涂料的力学性能和阻燃性能，利用碳纳米管的高导电性增强黑磷/碳纳米管“核”的导电性。将其与本征型导电聚合物—聚苯胺结合，增强纳米黑磷/碳纳米管在环氧聚合物中的相容性和分散性，协同提升涂层导电阻燃性。该粉末涂料可应用于煤矿井下瓦斯管道/金属设备、石化储罐/管道、电子工业、军工等领域。

技术领域

本申请涉及一种多功能粉末涂料及其制备方法和应用，属于粉末涂料技术领域。

背景技术

高分子材料大多是优良的电绝缘材料，表面电阻和体电阻率大，易积聚大量静电荷，对生产过程和产品质量造成不良影响，重则引起火灾、爆炸等事故。导电阻燃粉末涂料作为一种功能型涂料，可消除金属表面的静电并阻燃，被广泛应用于电子、煤矿、石化等领域。而在煤矿井下等恶劣环境，普通双抗（抗静电、阻燃）粉末涂料具有一些弊病，如表面电阻较高；虽然干附着力较好，但湿附着力略差；表面外观差，呈砂纹或严重橘皮状态，光泽低；耐水煮性差；阻燃效果差；耐温性差等。普通双抗环氧粉末涂料采用环氧树脂为成膜物质，具有很好的物理机械性和耐腐蚀性，但为了使导电填料在涂层中形成完整的导电回路，在外加电场作用下产生导电通道或渗流现象，就必须添加足够多的导电填料，达到或超过临界范围，这无疑会降低涂膜的物理机械性能。另外，环氧树脂易燃及离火后会持续自燃，需要额外添加阻燃剂。传统含卤阻燃剂（如含溴化合物）对环氧树脂具有较好的阻燃作用，但是这类阻燃剂在燃烧时会产生大量烟雾以及有毒性、腐蚀性的气体，大量使用时会造成环境污染并危害人体健康。无卤阻燃剂是目前工业化应用的环保型阻燃剂之一，包括磷系和氮系阻燃剂等。目前市售的无卤阻燃剂大多阻燃效率不高，单独使用时需要大量添加（15%以上），这进一步降低了涂膜的机械性能与外观。因此普通的双抗环氧涂料难以同时兼具外观好、优异的导电、阻燃和防腐效果。

黑磷（BP）作为一种新兴的二维材料，属于单质磷热力学最稳定的同素异形体，在外观、结构和性能上类似石墨，具有比表面积大、热稳定性高、导电、褶皱片层结构可剥离等特点。其用于高分子材料阻燃时具有用量少、阻燃效果好等优点，在阻燃领域具有很好的应用前景。通过结构设计，如引入其他阻燃剂协同阻燃或通过功能化修饰等手段提高纳米黑磷的稳定性，可较大幅度地提升高分子材料的阻燃性能。

与石墨烯、氮化硼等平面二维结构相比，碳纳米管（CNT）具有更高的长径比和优异的力学及热电性能，将其作为填料加入环氧粉末涂料中，不仅可以增加材料的阻燃性能，还能赋予材料优异的热电转换性能。

聚苯胺（PANI）由于价格合理、易于合成、化学稳定性好、导电性可调控和加工性好，成为应用最广泛的导电聚合物。它在空气中热降解可产生不可燃气体阻碍燃烧，除了固有的热稳定性外，PANI还显示出防腐性和优异的光稳定性、导电性。这些特性使PANI有潜力应用于高档多功能涂料。

发明内容

根据本申请的第一个方面，提供了一种导电阻燃的复合填料，该复合填料是由黑磷、碳纳米管和聚苯胺复合而成。纳米黑磷具有优异的阻燃性能，碳纳米管具有优异的机械性能和电气性能。纳米黑磷的加入可以改善环氧涂料的力学性能和阻燃性能，通过碳纳米管形成键合作用稳定纳米黑磷，提升其阻燃功效。以黑磷/碳纳米管为核，原位聚合聚苯胺“外壳”，改善了纳米黑磷的稳定性与在高分子聚合物内部的分散性。聚苯胺化学结构中的活性胺基团在环氧基体中可起到交联剂作用，有利于提交涂层的玻璃化转变温度。核壳结构的黑磷/碳纳米管@聚苯胺与环氧树脂基体之间的强界面作用有利于纳米颗粒在树脂中的分散。该复合材料同时含P、C、N三种阻燃元素，多组分复合能够发生自身优势实现协同阻燃，提高其热稳定性，增强阻燃效果。且该阻燃填料环保低毒、少烟，燃烧产物更稳定，对环境友好。

一种导电阻燃的复合填料，所述复合填料包括纳米黑磷、碳纳米管、聚苯胺；

所述复合填料为核壳结构；