具有抗磨損性能的聚氨酯超疏水涂層的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有抗磨損性能的聚氨酯超疏水涂層的制備方法，其特征為：涂層由聚氨酯彈性體組成，涂層表面具有有序的微凸結(jié)構(gòu)，涂層含有低表面能物質(zhì)，涂層表面與水靜止接觸角超過160°，涂層按美國材料與試驗(yàn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ASTMD968-05（落沙磨蝕法測定有機(jī)涂層耐磨性的試驗(yàn)）進(jìn)行耐磨損性能測試，結(jié)果表明，涂層經(jīng)3公斤石英砂從高度為960毫米、內(nèi)徑為20毫米導(dǎo)管落下對涂層進(jìn)行磨損試驗(yàn)后。涂層與水靜止接觸角仍保持在150°以上。涂層制備方法為如下三個(gè)步驟：步驟1）為聚氨酯粉末橡膠的合成；步驟2）為巰基封端聚氨酯的合成；步驟3）為噴涂液的配置與噴裝；噴涂后的涂層于攝氏20度固化，基體表面形成有序微凸結(jié)構(gòu)，即超疏水涂層；該涂層可以適用于玻璃、金屬、木材、陶瓷基體等大面積異形試件。
【專利說明】具有抗磨損性能的聚氨酯超疏水涂層的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種聚氨酯超疏水涂層的制備方法，屬于涂料【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]超疏水涂層指與水滴接觸角大于150°的涂層，超疏水涂層具有自清潔、防水、防冰雪粘覆功能，在日常生活、工業(yè)領(lǐng)域具有應(yīng)用前景，超疏水涂層具有高度粗糙結(jié)構(gòu)，超疏水表面遭受摩擦?xí)r，實(shí)際上由表面的微米或納米微凸起承載壓力與剪切作用，表面微凸所承載壓強(qiáng)與剪切應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于表觀壓強(qiáng)與剪切應(yīng)力，從而導(dǎo)致表面粗糙結(jié)構(gòu)因應(yīng)力集中而損壞，最終導(dǎo)致超疏水功能失效。因此，超疏水表面在使用過程中易于遭受磨損而失效。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種能克服上述缺陷、工藝簡單、投資成本低、容易施工、工作性能優(yōu)良的聚氨酯超疏水涂層的制備方法。其技術(shù)內(nèi)容為:
一種具有抗磨損性能的聚氨酯超疏水涂層的制備方法，其特征在于:制備方法采用以下三個(gè)步驟:1)將端羥基聚丁二烯與二苯基甲烷二異氰酸酯于70°C進(jìn)行預(yù)聚I小時(shí)，合成得到聚氨酯預(yù)聚體，再將聚氨酯預(yù)聚體與丙酮混合稀釋為聚氨酯預(yù)聚體溶液；在攪拌速度為每分鐘300轉(zhuǎn)至每分鐘500轉(zhuǎn)條件下，將上述的聚氨酯預(yù)聚體溶液滴加到二乙烯三胺的丙酮溶液中，擴(kuò)鏈得到聚氨酯粉末橡膠分散液；2)將端羥基聚丁二烯-丙烯腈與甲苯二異氰酸酯于70°C進(jìn)行預(yù)聚一小時(shí)合成得到聚氨酯預(yù)聚體，預(yù)聚體與丙酮混合稀釋為聚氨酯預(yù)聚體溶液，再將聚氨酯預(yù)聚體溶液滴加到乙二硫醇的丙酮溶液中擴(kuò)鏈得到巰基封端聚氨酯預(yù)聚體溶液，滴加過程保持每分鐘100轉(zhuǎn)到每分鐘200轉(zhuǎn)的速度下攪拌；3)將上述的聚氨酯粉末橡膠分散液與巰基封端聚氨酯溶液一定比例混合，再添加環(huán)氧樹脂E-44、氨基硅油，攪拌均勻得到噴涂液，用噴槍噴涂于基體上，于攝氏20度固化12小時(shí)，基體表面形成有序微凸結(jié)構(gòu)，即超疏水涂層。
[0004]2、所述的具有抗磨損性能的聚氨酯超疏水涂層的制備方法，其特征在于:步驟I)中，端羥基聚丁二烯與二苯基甲烷二異氰酸酯的質(zhì)量比為1.98?2.5:1，聚氨酯預(yù)聚體溶液中預(yù)聚體的質(zhì)量含量為39Γ5%，二乙烯三胺的丙酮溶液中二乙烯三胺的質(zhì)量含量為0.5%，聚氨酯預(yù)聚體溶液與二乙烯三胺的丙酮溶液質(zhì)量比為0.85^1.42:1。
[0005]3、所述的具有抗磨損性能的聚氨酯超疏水涂層的制備方法，其特征在于:步驟2)中端羥基聚丁二烯-丙烯腈與甲苯二異氰酸酯質(zhì)量比為9.5^10.2:1，聚氨酯預(yù)聚體溶液中預(yù)聚體的質(zhì)量含量為59TlO%。乙二硫醇的丙酮溶液中乙二硫醇的質(zhì)量含量為0.5%，聚氨酯預(yù)聚體溶液與乙二硫醇的丙酮溶液質(zhì)量比為廣1.83:1。
[0006]4、所述的具有抗磨損性能的聚氨酯超疏水涂層的制備方法，其特征在于:步驟3)中，聚氨酯粉末橡膠分散液與巰基封端聚氨酯溶液質(zhì)量比為廣3.3:1，噴涂液中環(huán)氧樹脂E-44的質(zhì)量含量為0.89?1.56%，氨基硅油質(zhì)量含量為0.37、.67%。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于: 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于:
1、所制備的超疏水涂層為聚氨酯彈性體組成，涂層具有抗磨損性能:按美國材料與試驗(yàn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 968-05 (落沙磨蝕法測定有機(jī)涂層耐磨性的試驗(yàn))進(jìn)行耐磨損性能測試，結(jié)果表明，涂層經(jīng)3公斤石英砂從高度為960毫米、內(nèi)徑為20毫米導(dǎo)管落下對涂層進(jìn)行磨損試驗(yàn)后。涂層與水靜止接觸角仍保持在150°以上。
[0008]2、彈性體是聚合物材料中力學(xué)性能獨(dú)特的材料。相對于塑性材料與脆性材料，由彈性材料構(gòu)建的超疏水表面在耐磨損性能方面更有優(yōu)勢:在遭受壓力時(shí)，彈性微凸被擠入相鄰的凹谷，在遭受剪切作用力時(shí)，彈性微凸會倒伏、填入相鄰的凹谷，表面變成相對平滑、受力面積增加，在外力回撤后，彈性形變可以回復(fù)。但是彈性體在固化前具有流動(dòng)性，無法自動(dòng)形成微觀有序結(jié)構(gòu)，形成的涂層是光滑的，不具備超疏水性能。本發(fā)明涉及的噴涂液噴涂于基體固化后形成超疏水涂層，涂層表面具有由聚氨酯粉末橡膠構(gòu)成的微觀有序的微凸，同時(shí)通過粉末橡膠與環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)將聚氨酯微凸固定在基體表面，同時(shí)，通過巰基封端的聚氨酯參與環(huán)氧樹脂的固化，提高涂層的韌性。環(huán)氧樹脂良好的粘結(jié)性能。因此本發(fā)明涉及的超疏水涂層具有良好的抗磨損性能，涂裝方法采用噴涂，具有實(shí)施方法簡便可行，工藝簡單，生產(chǎn)成本低，可室溫固化，可加工大面積、異形試件表面，并可適用于室外施工等特點(diǎn)。
[0009]3、本方法所采用的噴涂液組分混合前反應(yīng)活性低，與環(huán)境中的水分、空氣不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，性質(zhì)穩(wěn)定，儲存期長。
[0010]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是本發(fā)明實(shí)施例1超疏水涂層微觀結(jié)構(gòu)。(A:磨損前；B:磨損后)
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1超疏水涂層上的水滴的形態(tài)。(A:磨損前；B:磨損后)
圖3是本發(fā)明實(shí)施例2超疏水涂層上的水滴的形態(tài)。(A:磨損前；B:磨損后)
圖4是本發(fā)明實(shí)施例3超疏水涂層上的水滴的形態(tài)。(A:磨損前；B:磨損后)
圖5是本發(fā)明實(shí)施例4超疏水涂層上的水滴的形態(tài)。(A:磨損前；B:磨損后)

【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例1
步驟I):稱取1.98克端羥基聚丁二烯與I克二苯基甲烷二異氰酸酯置于圓底燒瓶，于70°C反應(yīng)I小時(shí)后，加入96.35克丙酮稀釋為質(zhì)量濃度為3%的聚氨酯預(yù)聚體溶液，將聚氨酯預(yù)聚體緩慢滴加到116.8克質(zhì)量濃度為0.5%二乙烯三胺的丙酮溶液中，滴加過程中保持每分鐘300轉(zhuǎn)的攪拌速度，得到聚氨酯粉末橡膠分散液；步驟2):稱取9.5克端羥基聚丁二烯-丙烯腈與I克甲苯二異氰酸酯圓底燒瓶，于70°C反應(yīng)I小時(shí)后，加入210克丙酮稀釋為質(zhì)量濃度為5%的聚氨酯預(yù)聚體溶液，將聚氨酯預(yù)聚體溶液滴加到114克質(zhì)量濃度為0.5%的乙二硫醇的丙酮溶液中，滴加過程保持每分鐘100轉(zhuǎn)的攪拌速度，得到巰基封端的聚氨酯預(yù)聚體溶液。步驟3)稱取步驟I)得到的聚氨酯粉末橡膠分散液100克與步驟2)得到的巰基封端聚氨酯預(yù)聚體溶液100克混合均勻，加入1.8克環(huán)氧樹脂E-44與0.74克氨基硅油并混合均勻得到噴涂液，用噴槍噴涂于玻璃片上，于攝氏20度固化12小時(shí)，得到的涂層即超疏水涂層，該圖層接觸角為167°，該涂層按美國材料與試驗(yàn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 968-05(落沙磨蝕法測定有機(jī)涂層耐磨性的試驗(yàn))進(jìn)行耐磨損性能測試，結(jié)果表明，涂層經(jīng)3公斤石英砂從高度為960毫米、內(nèi)徑為20毫米導(dǎo)管落下對涂層進(jìn)行磨損試驗(yàn)后，涂層與水靜止接觸角仍保持在158°。
[0012]實(shí)施例2
步驟I):稱取2.5克端羥基聚丁二烯與I克二苯基甲烷二異氰酸酯置于圓底燒瓶，于70°C反應(yīng)I小時(shí)后，加入66.5克丙酮稀釋為質(zhì)量濃度為5%的聚氨酯預(yù)聚體溶液，將聚氨酯預(yù)聚體緩慢滴加到99.4克質(zhì)量濃度為0.5% 二乙烯三胺的丙酮溶液中，滴加過程中保持每分鐘500轉(zhuǎn)的攪拌速度，得到聚氨酯粉末橡膠分散液；步驟2):稱取10.2克端羥基聚丁二烯-丙烯腈與I克甲苯二異氰酸酯圓底燒瓶，于70°C反應(yīng)I小時(shí)后，加入100.8克丙酮稀釋為質(zhì)量濃度為10%的聚氨酯預(yù)聚體溶液，將聚氨酯預(yù)聚體溶液滴加到112克質(zhì)量濃度為0.5%的乙二硫醇的丙酮溶液中，滴加過程保持每分鐘200轉(zhuǎn)的攪拌速度，得到巰基封端的聚氨酯預(yù)聚體溶液。步驟3):稱取步驟I)得到的聚氨酯粉末橡膠分散液100克與步驟2)得到的巰基封端聚氨酯預(yù)聚體溶液50克混合均勻，加入2.38克環(huán)氧樹脂E-44與1.02克氨基硅油并混合均勻得到噴涂液，用噴槍噴涂于玻璃片上，于攝氏20度固化12小時(shí)，得到的涂層即超疏水涂層，該圖層接觸角為165°，該涂層按美國材料與試驗(yàn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ASTM D968-05 (落沙磨蝕法測定有機(jī)涂層耐磨性的試驗(yàn))進(jìn)行耐磨損性能測試，結(jié)果表明，涂層經(jīng)3公斤石英砂從高度為960毫米、內(nèi)徑為20毫米導(dǎo)管落下對涂層進(jìn)行磨損試驗(yàn)后，涂層與水靜止接觸角仍保持在155°。
[0013]實(shí)施例3
步驟I):稱取2.5克端羥基聚丁二烯與I克二苯基甲烷二異氰酸酯置于圓底燒瓶，于70°C反應(yīng)I小時(shí)后，加入113.1克丙酮稀釋為質(zhì)量濃度為3%的聚氨酯預(yù)聚體溶液，將聚氨酯預(yù)聚體緩慢滴加到137.2克質(zhì)量濃度為0.5%二乙烯三胺的丙酮溶液中，滴加過程中保持每分鐘400轉(zhuǎn)的攪拌速度，得到聚氨酯粉末橡膠分散液；步驟2):稱取10.2克端羥基聚丁二烯-丙烯腈與I克甲苯二異氰酸酯圓底燒瓶，于70°C反應(yīng)I小時(shí)后，加入100.8克丙酮稀釋為質(zhì)量濃度為10%的聚氨酯預(yù)聚體溶液，將聚氨酯預(yù)聚體溶液滴加到112克質(zhì)量濃度為0.5%的乙二硫醇的丙酮溶液中，滴加過程保持每分鐘200轉(zhuǎn)的攪拌速度，得到巰基封端的聚氨酯預(yù)聚體溶液。步驟3):稱取步驟I)得到的聚氨酯粉末橡膠分散液100克與步驟2)得到的巰基封端聚氨酯預(yù)聚體溶液100克混合均勻，加入1.8克環(huán)氧樹脂E-44與0.74克氨基硅油并混合均勻得到噴涂液，用噴槍噴涂于玻璃片上，于攝氏20度固化12小時(shí)，得到的涂層即超疏水涂層，該圖層接觸角為163°，該涂層按美國材料與試驗(yàn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ASTM D968-05 (落沙磨蝕法測定有機(jī)涂層耐磨性的試驗(yàn))進(jìn)行耐磨損性能測試，結(jié)果表明，涂層經(jīng)3公斤石英砂從高度為960毫米、內(nèi)徑為20毫米導(dǎo)管落下對涂層進(jìn)行磨損試驗(yàn)后，涂層與水靜止接觸角仍保持在154°。
[0014]實(shí)施例4
步驟I):稱取1.98克端羥基聚丁二烯與I克二苯基甲烷二異氰酸酯置于圓底燒瓶，于70°C反應(yīng)I小時(shí)后，加入96.35克丙酮稀釋為質(zhì)量濃度為3%的聚氨酯預(yù)聚體溶液，將聚氨酯預(yù)聚體緩慢滴加到116.8克質(zhì)量濃度為0.5%二乙烯三胺的丙酮溶液中，滴加過程中保持每分鐘300轉(zhuǎn)的攪拌速度，得到聚氨酯粉末橡膠分散液；步驟2):稱取10.2克端羥基聚丁二烯-丙烯腈與I克甲苯二異氰酸酯圓底燒瓶，于70°C反應(yīng)I小時(shí)后，加入100.8克丙酮稀釋為質(zhì)量濃度為10%的聚氨酯預(yù)聚體溶液，將聚氨酯預(yù)聚體溶液滴加到112克質(zhì)量濃度為0.5%的乙二硫醇的丙酮溶液中，滴加過程保持每分鐘200轉(zhuǎn)的攪拌速度，得到巰基封端的聚氨酯預(yù)聚體溶液。稱取步驟I)得到的聚氨酯粉末橡膠分散液150克與步驟2)得到的巰基封端聚氨酯預(yù)聚體溶液120克混合均勻；加入2.4克環(huán)氧樹脂E-44與1.01克氨基硅油并混合均勻得到噴涂液，用噴槍噴涂于玻璃片上，于攝氏20度固化12小時(shí)，得到的涂層即超疏水涂層，該圖層接觸角為168°，該涂層按美國材料與試驗(yàn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 968-05(落沙磨蝕法測定有機(jī)涂層耐磨性的試驗(yàn))進(jìn)行耐磨損性能測試，結(jié)果表明，涂層經(jīng)3公斤石英砂從高度為960毫米、內(nèi)徑為20毫米導(dǎo)管落下對涂層進(jìn)行磨損試驗(yàn)后，涂層與水靜止接觸角仍保持在159°。
【權(quán)利要求】
1.一種具有抗磨損性能的聚氨酯超疏水涂層的制備方法，其特征在于制備方法采用以下三個(gè)步驟:1)將端羥基聚丁二烯與二苯基甲烷二異氰酸酯于70°C進(jìn)行預(yù)聚I小時(shí)，合成得到聚氨酯預(yù)聚體，再將聚氨酯預(yù)聚體與丙酮混合稀釋為聚氨酯預(yù)聚體溶液；在攪拌速度為每分鐘300轉(zhuǎn)至每分鐘500轉(zhuǎn)條件下，將上述的聚氨酯預(yù)聚體溶液滴加到二乙烯三胺的丙酮溶液中，擴(kuò)鏈得到聚氨酯粉末橡膠分散液；2)將端羥基聚丁二烯-丙烯腈與甲苯二異氰酸酯于70°C進(jìn)行預(yù)聚一小時(shí)合成得到聚氨酯預(yù)聚體，預(yù)聚體與丙酮混合稀釋為聚氨酯預(yù)聚體溶液，再將聚氨酯預(yù)聚體溶液滴加到乙二硫醇的丙酮溶液中擴(kuò)鏈得到巰基封端聚氨酯預(yù)聚體溶液，滴加過程保持每分鐘100轉(zhuǎn)到每分鐘200轉(zhuǎn)的速度下攪拌；3)將上述的聚氨酯粉末橡膠分散液與巰基封端聚氨酯預(yù)聚體溶液一定比例混合，再加入環(huán)氧樹脂E-44、氨基硅油，攪拌均勻得到噴涂液，用噴槍噴涂于基體上，于攝氏20度固化12小時(shí)，基體表面形成有序微凸結(jié)構(gòu)，即超疏水涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有抗磨損性能的聚氨酯超疏水涂層的制備方法，其特征在于:步驟I)中，端羥基聚丁二烯與二苯基甲烷二異氰酸酯的質(zhì)量比為1.98?2.5:1，聚氨酯預(yù)聚體溶液中預(yù)聚體的質(zhì)量含量為39Γ5%，二乙烯三胺的丙酮溶液中二乙烯三胺的質(zhì)量含量為0.5%，聚氨酯預(yù)聚體溶液與二乙烯三胺的丙酮溶液質(zhì)量比為0.85^1.42:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有抗磨損性能的聚氨酯超疏水涂層的制備方法，其特征在于:步驟2)中端羥基聚丁二烯-丙烯腈與甲苯二異氰酸酯質(zhì)量比為9.5^10.2:1，聚氨酯預(yù)聚體溶液中預(yù)聚體的質(zhì)量含量為59TlO%。
4.乙二硫醇的丙酮溶液中乙二硫醇的質(zhì)量含量為0.5%，聚氨酯預(yù)聚體溶液與乙二硫醇的丙酮溶液質(zhì)量比為廣1.83:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有抗磨損性能的聚氨酯超疏水涂層的制備方法，其特征在于:步驟3)中，聚氨酯粉末橡膠分散液與巰基封端聚氨酯溶液質(zhì)量比為廣2:1，噴涂液中環(huán)氧樹脂Ε-44的質(zhì)量含量為0.89^1.56%，氨基硅油質(zhì)量含量為0.37、.67%。
【文檔編號】C08G18/32GK104371530SQ201410724487
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】粟常紅, 趙玉杰, 關(guān)麗霞, 宋李軍, 吳錦利, 關(guān)麗平 申請人:山東理工大學(xué)