一種金屬用聚氨酯涂料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬防腐涂料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬用聚氨酯涂料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚氨酯以其優(yōu)異的抗疲勞韌性和抗磨蝕性已廣泛用于礦山運(yùn)輸、混凝土攪拌機(jī)襯里等領(lǐng)域的干態(tài)抗磨蝕和泥沙濕態(tài)抗磨蝕涂層，隨著聚氨酯物理性能和施工工藝的不斷改進(jìn)，聚氨酯彈性涂層在水利工程中用作水下混凝土、鋼結(jié)構(gòu)抗沖磨防護(hù)涂層也越來(lái)越頻繁，并表現(xiàn)出良好的耐高低溫韌性、抗疲勞性和耐氣蝕磨損性能，取得了較好的效果，但也存在某些局限，例如，聚氨酯鏈上的親水性一CH20H基團(tuán)易吸水，導(dǎo)致聚氨酯耐水性能下降，在水環(huán)境下嚴(yán)重影響聚氨酯涂層抗氣蝕磨損性能和使用壽命；
目前關(guān)于提高水性聚氨酯耐水性的主要方法是在聚氨酯鏈上引入疏水結(jié)構(gòu)和交聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中所引入的疏水結(jié)構(gòu)主要是含氟鏈段和含硅鏈段，但是含硅鏈段通常會(huì)降低聚氨酯涂層對(duì)基材的粘結(jié)性能，相對(duì)來(lái)說(shuō)，氟元素價(jià)格昂貴，但由于含氟鏈段聚氨酯(FPU)兼具聚氨酯和含氟化合物的優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)出高強(qiáng)度、耐疲勞和高緩沖性能，耐水、耐溶劑和化學(xué)品性，較低的表面張力和低摩擦系數(shù)等，使得目前FPU的研究仍然成為熱潮，而將氟、硅鏈段同時(shí)運(yùn)用于聚氨酯涂料中，必將更大程度的改善其抗水性能，可以對(duì)水下工程金屬材料起到很好的保護(hù)效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種金屬用聚氨酯涂料及其制備方法。
[0004]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種金屬用聚氨酯涂料，它是由下述重量份的原料組成的:
氟化鎂4-10、氯化鈣6-10、氯鉑酸0.01-0.02、二苯基甲烷二異氰酸酯600-700、全氟烷基乙基醇340-370、聚四氫呋喃醚二醇450-490、1，4-丁二醇1_2、4_乙烯基環(huán)氧環(huán)己烷1.3-2、納米二氧化硅90-100、含氫硅油16-20、甲醇2_3、葵二酸二辛酯30-34、壬基苯酚2-4、單硬脂酸甘油酯1-2、丙烯酰胺3-5。
[0005]—種所述的金屬用聚氨酯涂料的制備方法，包括以下步驟:
(I)將4-乙烯基環(huán)氧環(huán)己烷加入到2-3倍甲苯中，加入氯鉑酸，加熱到40-45°C，滴加含氫硅油，滴加完畢后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，繼續(xù)加熱10-12小時(shí)，減壓蒸餾除去甲苯，得環(huán)氧改性硅油；
(2 )將納米二氧化硅加入到16 - 2 O倍無(wú)水乙醇中，超聲分散3 - 5分鐘，升高溫度為50-60°C，滴加環(huán)氧改性硅油，滴加完畢后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌反應(yīng)10-12小時(shí)，抽濾，將濾餅真空干燥，得硅油改性納米粒子；
(3)將壬基苯酚加入到4-5倍丙酮中，攪拌溶解，加入上述葵二酸二辛酯重量的30-40%、丙烯酰胺，在70-80°C下保溫?cái)嚢?5-20分鐘，得酮溶解液；
(4)取上述二苯基甲烷二異氰酸酯重量的5-10%，加入到1-2倍的N，N-二甲基甲酰胺中，攪拌均勻，與上述酮溶解液混合，100-200轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?-5分鐘，得改性單體溶液；
(5)將上述聚四氫呋喃醚二醇在80-90°C下真空脫水2-3小時(shí)；
(6)將全氟烷基乙基醇加入到2-3倍N，N-二甲基甲酰胺中，攪拌均勻，為液a ;
(7)將上述氟化鎂、氯化鈣混合，加入到2-3倍去離子水中，攪拌均勻，單硬脂酸甘油酯、剩余的葵二酸二辛酯，送入80-90°C水浴中，保溫?cái)嚢?0-30分鐘，出料冷卻，脫水，與丙烯酰胺混合，攪拌均勻，得預(yù)混料；
(8)取剩余的二苯基甲烷二異氰酸酯，加入到2.8-3倍的N，N-二甲基甲酰胺中，攪拌均勻，升高溫度為60-65°C，通入氮?dú)?，滴加上述液a，滴加完畢后在上述溫度下保溫反應(yīng)2-3小時(shí)，加入脫水后的聚四氫呋喃醚二醇，攪拌反應(yīng)50-60分鐘，加入改性單體溶液、I，4- 丁二醇，升高溫度為75-80°C，保溫反應(yīng)1.8-2小時(shí)，得聚氨酯預(yù)聚體；
(9)在上述聚氨酯預(yù)聚體中加入硅油改性納米粒子、預(yù)混料，攪拌均勻，升高溫度為80-85°C，加入剩余各原料，超聲分散10-15分鐘，冷卻出料，得所述涂料。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
(1)本發(fā)明形成的涂膜具有良好的抗水性:
由于低表面能的氟碳鏈向材料表面迀移、并在表面形成微納米級(jí)突起結(jié)構(gòu)，這些突起的結(jié)構(gòu)排列形成具有“荷葉疏水效應(yīng)”的有機(jī)氟膜，從而使涂膜的耐水性增強(qiáng)；
(2)本發(fā)明形成的涂膜與金屬基材具有良好的粘結(jié)性；
低表面能的氟碳結(jié)構(gòu)阻礙了水分向結(jié)合界面的浸漬和擴(kuò)散，從而確保了聚氨酯與金屬基材間粘結(jié)力的穩(wěn)定性；
(3)發(fā)明形成的涂膜具有高抗沖蝕性能；
聚氨酯自身內(nèi)部存在大量氫鍵結(jié)構(gòu)，這些氫鍵結(jié)構(gòu)相對(duì)聚合物中的共價(jià)鍵具有不嚴(yán)格的選擇性和方向性，且主要存在于軟、硬段相間并起到物理交聯(lián)作用，由于引入的氟基團(tuán)極性高，使硬段組分中含氟F-MDI分子間的內(nèi)聚能增加，提高了硬段微區(qū)的彈性模量和抗張強(qiáng)度，加之近表面的鍵能較高，C一 F鏈具有很好的強(qiáng)度和耐水性，阻止了磨損向涂層深處的進(jìn)一步擴(kuò)展，同時(shí)硬段微區(qū)將一部分來(lái)自磨損顆粒和氣泡潰滅的沖擊功傳遞給彈性態(tài)的軟段相，通過(guò)軟段分子鏈的運(yùn)動(dòng)緩沖一部分沖擊功，從而提高了含氟聚氨酯的抗沖蝕性能；
本發(fā)明將硅油改性納米粒子很好的鑲嵌于聚氨酯形成的涂膜表面，構(gòu)建了微納米雙重尺度結(jié)構(gòu)，極大地增加了材料表面的粗糙度，使其展現(xiàn)了卓越的超疏水性，同時(shí)這種環(huán)氧改性硅油修飾的Si02納米粒子與聚氨酯的結(jié)合相對(duì)較為牢固，很難被水浸泡沖洗掉，延長(zhǎng)了材料的使用壽命。
[0007]本發(fā)明涂料表面強(qiáng)度高、致密性好，與基材粘結(jié)性強(qiáng)，綜合性能優(yōu)越。
【具體實(shí)施方式】
[0008]—種金屬用聚氨酯涂料，它是由下述重量份的原料組成的:
氟化鎂4、氯化鈣6、氯鉑酸0.01、二苯基甲烷二異氰酸酯600、全氟烷基乙基醇340、聚四氫呋喃醚二醇450、1，4 丁二醇1、4乙烯基環(huán)氧環(huán)己烷1.3、納米二氧化硅90、含氫硅油16、甲醇2、葵二酸二辛酯30、壬基苯酚2、單硬脂酸甘油酯1、丙烯酰胺3。
[0009]—種所述的金屬用聚氨酯涂料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將4乙烯基環(huán)氧環(huán)己烷加入到2倍甲苯中，加入氯鉑酸，加熱到40°C，滴加含氫硅油，滴加完畢后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，繼續(xù)加熱10小時(shí)，減壓蒸餾除去甲苯，得環(huán)氧改性硅油；
(2)將納米二氧化硅加入到16倍無(wú)水乙醇中，超聲分散3分鐘，升高溫度為50°C，滴加環(huán)氧改性硅油，滴加完畢后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌反應(yīng)10小時(shí)，抽濾，將濾餅真空干燥，得硅油改性納米粒子；
(3)將壬基苯酚加入到4倍丙酮中，攪拌溶解，加入上述葵二酸二辛酯重量的30%、丙烯酰胺，在70°C下保溫?cái)嚢?5分鐘，得酮溶解液；
(4)取上述二苯基甲烷二異氰酸酯重量的5%，加入到I倍的N，N二甲基甲酰胺中，攪拌均勻，與上述酮溶解液混合，100轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?分鐘，得改性單體溶液；
(5)將上述聚四氫呋喃醚二醇在80°C下真空脫水2小時(shí)；
(6)將全氟烷基乙基醇加入到2倍N，N二甲基甲酰胺中，攪拌均勻，為液a ;
(7)將上述氟化鎂、氯化鈣混合，加入到2倍去離子水中，攪拌均勻，單硬脂酸甘油酯、剩余的葵二酸二辛酯，送入80°C水浴中，保溫?cái)嚢?0分鐘，出料冷卻，脫水，與丙烯酰胺混合，攪拌均勻，得預(yù)混料；
(8)取剩余的二苯基甲烷二異氰酸酯，加入到2.8倍的N，N二甲基甲酰胺中，攪拌均勻，升高溫度為60°C，通入氮?dú)?，滴加上述液a，滴加完畢后在上述溫度下保溫反應(yīng)2小時(shí)，加入脫水后的聚四氫呋喃醚二醇，攪拌反應(yīng)50分鐘，加入改性單體溶液、1，4 丁二醇，升高溫度為75°C，保溫反應(yīng)1.8小時(shí)，得聚氨酯預(yù)聚體；
(9)在上述聚氨酯預(yù)聚體中加入硅油改性納米粒子、預(yù)混料，攪拌均勻，升高溫度為800C，加入剩余各原料，超聲分散10分鐘，冷卻出料，得所述涂料。
[0010]性能測(cè)試:
吸水率0.0156%，吸水前粘結(jié)力為12.81 MPa，在吸水浸泡實(shí)驗(yàn)浸泡3200 h后保持10.49MPa的高粘結(jié)力，空蝕量0.9352X 10 _ 3 kg。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種金屬用聚氨酯涂料，其特征在于它是由下述重量份的原料組成的: 氟化鎂4-10、氯化鈣6-10、氯鉑酸0.01-0.02、二苯基甲烷二異氰酸酯600-700、全氟烷基乙基醇340-370、聚四氫呋喃醚二醇450-490、1，4-丁二醇1_2、4_乙烯基環(huán)氧環(huán)己烷1.3-2、納米二氧化硅90-100、含氫硅油16-20、甲醇2_3、葵二酸二辛酯30-34、壬基苯酚2-4、單硬脂酸甘油酯1-2、丙烯酰胺3-5。2.一種如權(quán)利要求1所述的金屬用聚氨酯涂料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (I)將4-乙烯基環(huán)氧環(huán)己烷加入到2-3倍甲苯中，加入氯鉑酸，加熱到40-45°C，滴加含氫硅油，滴加完畢后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，繼續(xù)加熱10-12小時(shí)，減壓蒸餾除去甲苯，得環(huán)氧改性硅油； (2 )將納米二氧化硅加入到16 - 2 O倍無(wú)水乙醇中，超聲分散3 - 5分鐘，升高溫度為50-60°C，滴加環(huán)氧改性硅油，滴加完畢后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌反應(yīng)10-12小時(shí)，抽濾，將濾餅真空干燥，得硅油改性納米粒子； (3)將壬基苯酚加入到4-5倍丙酮中，攪拌溶解，加入上述葵二酸二辛酯重量的30-40%、丙烯酰胺，在70-80°C下保溫?cái)嚢?5-20分鐘，得酮溶解液； (4)取上述二苯基甲烷二異氰酸酯重量的5-10%，加入到1-2倍的N，N-二甲基甲酰胺中，攪拌均勻，與上述酮溶解液混合，100-200轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?-5分鐘，得改性單體溶液； (5)將上述聚四氫呋喃醚二醇在80-90°C下真空脫水2-3小時(shí)； (6)將全氟烷基乙基醇加入到2-3倍N，N-二甲基甲酰胺中，攪拌均勻，為液a ; (7)將上述氟化鎂、氯化鈣混合，加入到2-3倍去離子水中，攪拌均勻，單硬脂酸甘油酯、剩余的葵二酸二辛酯，送入80-90°C水浴中，保溫?cái)嚢?0-30分鐘，出料冷卻，脫水，與丙烯酰胺混合，攪拌均勻，得預(yù)混料； (8)取剩余的二苯基甲烷二異氰酸酯，加入到2.8-3倍的N，N-二甲基甲酰胺中，攪拌均勻，升高溫度為60-65°C，通入氮?dú)?，滴加上述液a，滴加完畢后在上述溫度下保溫反應(yīng)2-3小時(shí)，加入脫水后的聚四氫呋喃醚二醇，攪拌反應(yīng)50-60分鐘，加入改性單體溶液、I，4- 丁二醇，升高溫度為75-80°C，保溫反應(yīng)1.8-2小時(shí)，得聚氨酯預(yù)聚體； (9)在上述聚氨酯預(yù)聚體中加入硅油改性納米粒子、預(yù)混料，攪拌均勻，升高溫度為80-85°C，加入剩余各原料，超聲分散10-15分鐘，冷卻出料，得所述涂料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬用聚氨酯涂料，它是由下述重量份的原料組成的：氟化鎂4-10、氯化鈣6-10、氯鉑酸0.01-0.02、二苯基甲烷二異氰酸酯600-700、全氟烷基乙基醇340-370、聚四氫呋喃醚二醇450-490、1，4-丁二醇1-2、4-乙烯基環(huán)氧環(huán)己烷1.3-2、納米二氧化硅90-100、含氫硅油16-20、甲醇2-3、葵二酸二辛酯30-34、壬基苯酚2-4、單硬脂酸甘油酯1-2、丙烯酰胺3-5。本發(fā)明涂料表面強(qiáng)度高、致密性好，與基材粘結(jié)性強(qiáng)，綜合性能優(yōu)越。
【IPC分類】C08G18/48, C09D175/08, C08G18/38, C08G18/76, C09D5/08, C09D7/12
【公開號(hào)】CN105111916
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510537512
【發(fā)明人】汪文良
【申請(qǐng)人】岳西縣永泰機(jī)械制造有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年8月27日