[发明专利]一种Al2O3改性多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种Al₂O₃改性多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

环氧树脂具有粘结性强、耐腐蚀、绝缘性好、强度高等特点，因此可将其应用于涂料、粘合剂、电子封装和复合材料等领域，但因其缺点是固化后内应力大，易剥离和开裂，并且耐疲劳、耐热和冲击韧性差，导致其应用范围受限。

碳纳米管(Carbonnanotubes，CNTs)因其具有独特的结构、电学、力学、储氢等特能，所以在纳米电子器件、超强复合材料、储氢材料、催化剂载体等诸多新领域有着非常广泛的应用前景。与单壁碳纳米管相比，多壁碳纳米管(MWCNTs)的生产成本低，并且管径可在较宽的范围内进行选择，因此基于多壁碳纳米管的复合材料更贴近实际并能容易满足产业化要求。

将多壁碳纳米管与环氧树脂结合，充分发挥两者的特点，则有可能获得综合性能优异的复合材料，因此，多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料已受到国内外学者的广泛关注。但由于多壁碳纳米管容易相互缠绕聚集，表面活性不高，与树脂的粘结性差，很难均匀分散在树脂中，得到的复合材料性能不佳。

发明内容

本发明针对上述不足之处而提供的一种Al₂O₃改性多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料及其制备方法，通过制备Al₂O₃改性多壁碳纳米管，将Al₂O₃和多壁碳纳米管的优异性能相结合，适当地降低多壁碳纳米管的表面积，然后再与环氧树脂混合，得到分散性、防腐性和耐磨性良好的复合涂层。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种Al₂O₃改性多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)酸化多壁碳纳米管的制备

称取多壁碳纳米管于烧杯中，然后加入浓硫酸和浓硝酸体积比为3：1的混酸，超声振荡1h后移入三口烧瓶中，40℃，200r/min搅拌12h，接着用去离子水稀释，抽滤，用0.1mol/L氢氧化钠溶液洗至中性，80℃烘干，得酸化多壁碳纳米管；其中多壁碳纳米管与混酸的重量比为1:40；浓硫酸的浓度为98％，浓硝酸浓度为95％；

(2)Al₂O₃-MWCNTs杂化材料的制备

称取酸化后多壁碳纳米管于去离子水中，超声分散15min后移入三口烧瓶中，40℃，500r/min搅拌30min，再称取硫酸铝溶于去离子水中，混合均匀后加入到三口烧瓶中，用NaOH调节溶液pH值为8.5-9.5，200r/min继续搅拌6h，放置12h，烘干，洗涤至中性，500℃下煅烧2h，得到Al₂O₃-MWCNTs杂化材料；其中酸化后多壁碳纳米管与硫酸铝的重量比为1:4；

(3)Al₂O₃-MWCNTs杂化粒子的功能化

称取Al₂O₃-MWCNTs于烧杯中，然后加入无水乙醇/去离子水的混合溶液，超声分散30min，再加入KH560，超声分散20min后移入三口烧瓶中，80℃，200r/min搅拌反应1-2h，过滤、烘干；其中去离子水与无水乙醇的体积比为1:6；Al₂O₃-MWCNTs与无水乙醇/去离子水混合溶液的重量比为1:8；添加KH560的量为Al₂O₃-MWCNTs重量的2％；

(4)Al₂O₃改性多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备

将步骤(3)的反应产物与环氧树脂混合，搅拌均匀得Al₂O₃改性多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料，其中步骤(3)的反应产物的质量分数为2％。

本发明提供的一种Al₂O₃改性多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料及其制备方法，具有以下几种有益效果：

(1)多壁碳纳米管由于极大的表面能，使其非常容易团聚，通过Al₂O₃包覆多壁碳纳米管以及KH560有机改性相结合的方法有效的改性多壁碳纳米管，进一步改善碳纳米管的分散性。