聚氨酯一体化抗热损超双疏涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了聚氨酯一体化抗热损超双疏涂层及其制备方法，通过聚氨酯树脂与耐热型氧化锌纳米颗粒发生嵌接反应形成具有抗热损特性的超双疏微‑纳结构。利用原位复合工艺、通过剪切分散将粒子嵌接聚氨酯乳液。由此形成改性粒子无序叠装超双疏结构，实现涂层耐老化性能的显著提高，并通过粒子本身的光催化作用使涂层获得抗紫外特性，实现涂层一体化制备，对聚氨酯超双疏涂层制备工艺具有理论上的颠覆和技术上的突破。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超双疏复合涂层领域，特别涉及聚氨酯一体化抗热损超双疏涂层及其制备方法。
技术介绍
超疏水表面是指水在材料表面的滚动角(SA)小于5°。静态接触角(CA)达到150°的一种特殊表面。近些年来，超疏水材料的特殊性质，如自清洁、疏水、防污等特性，引起了人们极大的关注，其在许多方面具有良好的应用前景。超疏水涂层目前比较常见。超疏水涂层的微观粗糙结构大多是由微/纳双重结构构筑，机械稳定性差，不耐热，极大地限制了超疏水涂层的应用，因而研发一种底面一体化、耐磨损并具有修复功能的超疏水表面，对于超疏水表面的实际应用具有重要意义。然而在超疏水表面的实际应用中，还有一些问题亟待解决：1，超疏水表面生产成本高、所需处理温度高等因素，限制了超疏水涂层在墙体涂料以及一些软性基底材料(如纺织品)中的应用；2，微观粗糙结构和基底之间、微观粗糙结构相互之间的结合牢度还不够，粗糙结构易被破坏，强度较弱，易遭受磨损使制备出的超疏水表面不耐用；3，采用简单有效、价格低廉、环境友好的方法制备具有抗热损的超疏水涂层工业生产的必然趋势。超双疏表面同时具备超疏水和超疏油特性，因而在油水存在环境下有广泛应用，如油污环境下的自清洁、防腐蚀、防结冰结蜡、液体定向运输、微流控芯片防黏附等。并且基于超双疏材料表面微纳结构中空气垫的存在，该表面在水或油表面运输减阻方面也有一定应用。YaoLu(Robustself-cleaningsurfacesthatfunctionwhenexposedtoeitherairoroil,Science,2015,347(6226):1132-1135)等发现通过在基体材料表面刷涂双面胶，后再表面喷涂改性二氧化钛，获得具有优异耐磨性的超双疏涂层，但其需通过两步操作：1，基体喷涂双面胶(类似底漆)；2，在双面胶表面喷涂改性二氧化钛(类似面漆)。对于长距离、大表面的基体材料，此种操作易对底漆造成破坏，从而降低了超双疏涂层的使用性能。
技术实现思路
为解决现有技术中聚氨酯超双疏涂层工艺要求高、抗热力损失性能差、结合力低，且难以实现一体化制备等不足与问题，本专利技术提供了聚氨酯一体化抗热损超双疏涂层及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：聚氨酯一体化抗热损超双疏涂料的制备方法，其步骤如下：(1)将聚氨酯稀料与纳米氧化锌搅拌混合后得到聚氨酯复合纳米级氧化锌溶液；(2)将聚氨酯复合纳米级氧化锌溶液与丙烯酸酯的混合后加入溶剂并超声分散得到胶状物；(3)将甲基丙烯酸十二氟庚酯与纳米助剂混合，加热搅拌后得到混合物1；(4)将偶氮二异丁腈和乙酸叔丁酯混合，加热搅拌后得到混合物2；(5)将步骤(2)～(4)获得的胶状物、混合物1和混合物2混合物后，调节pH至5～7，搅拌加热回流后得到混合物3；(6)将2-丁酮和甲苯混合后密闭超声分散后得到混合物4；(7)将混合物3和混合物4混合后，密闭搅拌得到氧化锌改性粒子悬浊液；(8)将步骤(7)得到的氧化锌改性粒子悬浊液与步骤(1)得到的聚氨酯复合纳米级氧化锌溶液混合后进行剪切分散、乳化后得到聚氨酯一体化抗热损超双疏涂料。本专利技术通过聚氨酯树脂与耐热型氧化锌纳米颗粒发生嵌接反应形成具有抗热损特性的超双疏微-纳结构。利用原位复合工艺、通过剪切分散将粒子嵌接聚氨酯乳液。由此形成改性粒子无序叠装超双疏结构，实现涂层耐老化性能的显著提高，并通过粒子本身的光催化作用使涂层获得抗紫外特性，实现涂层一体化制备，对聚氨酯超双疏涂层制备工艺具有理论上的颠覆和技术上的突破。本专利技术以2-丁酮和甲苯经过密闭超声分散后，能够对本专利技术混合物体系起到良好的稀释和调节粘度的作用。优选的，步骤(1)中所述聚氨酯稀料中的溶剂为乙醇和丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)的混合物。进一步优选的，乙醇、丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)和聚氨酯的加入质量比为5:3:2。优选的，步骤(1)中所述纳米氧化锌的添加量为的聚氨酯稀料质量的为75％。所述纳米氧化锌的粒径为粒径5～30nm。优选的，步骤(1)中所述搅拌混合的条件为速率1000-1400r/min，时间1.5～4h。本专利技术中所述的丙烯酸酯为是丙烯酸及其同系物的酯类的总称。如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸乙酯等。优选的，步骤(2)中所述的丙烯酸酯为甲基丙烯酸甲酯。优选的，步骤(2)中聚氨酯复合纳米级氧化锌溶液与丙烯酸酯的体积比为1:2～6。优选的，步骤(2)中超声分散的时间为15～35min。本专利技术所述的纳米助剂是经预分散后其特征尺寸处于纳米量级(1～100nm)且具有显著的纳米效应功能的添加剂。纳米助剂具有纳米材料具有的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等特殊性质。优选的，步骤(3)中纳米助剂为BYK3700纳米助剂。甲基丙烯酸十二氟庚酯与BYK3700纳米助剂的加入的质量比为1:3。优选的，步骤(3)中加热搅拌的条件为：加热温度60℃～120℃、搅拌速率1000～1400r/min，搅拌时间0.5～2h。优选的，步骤(4)中偶氮二异丁腈和乙酸叔丁酯的质量比为1:1～6。优选的，步骤(4)中加热搅拌的条件为：加热温度60～90℃，搅拌速率900～1200r/min，搅拌时间0.5～1.5h。优选的，步骤(5)中胶状物与混合物5的质量比为1:4～9.5，所述混合物5为混合物1和混合物2以任意比例混合之后的混合物。例如混合物1和混合物2质量比为1:1、2:1、1:2或10:1等。优选的，步骤(5)中回流温度为70～140℃，搅拌速率为800-2000r/min，搅拌时间2～5h。优选的，步骤(6)2-丁酮和甲苯的体积比为1:4～4.5。优选的，步骤(6)超声分散的时间为0.5～2h。优选的，步骤(7)混合物3和混合物4的体积比为10～20:3。优选的，步骤(7)中搅拌速率为1500～3000r/min，搅拌时间2h。优选的，步骤(8)步骤(7)得到的氧化锌改性粒子悬浊液与步骤(1)得到的聚氨酯复合纳米级氧化锌溶液的质量比为1:7～10。优选的，步骤(8)剪切分散采用高速剪切分散机，剪切分散的速度为3200～5000r/min，乳化时间为10～30h。一种上述方法制备的聚氨酯一体化抗热损超双疏涂料。聚氨酯一体化抗热损超双疏涂层，由上述聚氨酯一体化抗热损超双疏涂料制备。聚氨酯一体化抗热损超双疏涂层的制备方法，将物体的待涂覆表面清理干净，在-10～35℃下，将上述聚氨酯一体化抗热损超双疏涂料涂覆在物体的表面，干燥后，制得聚氨酯一体化抗热损超双疏涂层。优选的，干燥的时间为10～30min。优选的，将上述聚氨酯一体化抗热损超双疏涂料用喷枪喷涂或刷涂到物体的表面。本专利技术的有益效果在于：(1)预先通过改性氧化锌颗粒与聚氨酯复合形成溶液，再通过添加改性剂，纳米助剂，连接剂等，将改性氧化锌粒子与聚氨酯之间化学接枝共聚反应连接，使得有机和无机材料之间有更好的相容性，并通过剪切分散获得氧化锌功能性改性粒子和微米级聚氨酯功能性基底材料共聚形成的兼具微米尺寸和纳米结构的“氧化锌-聚氨酯微纳构造”，极大提高了涂层与基材之间的粘接性能，所制得涂层抗热损能力更强。(2)本专利技术方法实现聚氨酯一体化抗热损超双疏涂层制备，使用方法工艺简单，可在室温下进行操作，适合大规模工业化生产，可有效解决涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】
聚氨酯一体化抗热损超双疏涂料的制备方法，其特征是，步骤如下：(1)将聚氨酯稀料纳米与氧化锌搅拌混合后得到聚氨酯复合纳米级氧化锌溶液；(2)将聚氨酯复合纳米级氧化锌溶液与丙烯酸酯的混合后加入溶剂并超声分散得到胶状物；(3)将甲基丙烯酸十二氟庚酯与纳米助剂混合，加热搅拌后得到混合物1；(4)将偶氮二异丁腈和乙酸叔丁酯混合，加热搅拌后得到混合物2；(5)将步骤(2)～(4)获得的胶状物、混合物1和混合物2混合物后，调节pH至5～7，搅拌加热回流后得到混合物3；(6)将2‑丁酮和甲苯混合后密闭超声分散后得到混合物4；(7)将混合物3和混合物4混合后，密闭搅拌得到氧化锌改性粒子悬浊液；(8)将步骤(7)得到的氧化锌改性粒子悬浊液与步骤(1)得到的聚氨酯复合纳米级氧化锌溶液混合后进行剪切分散、乳化后得到聚氨酯一体化抗热损超双疏涂料。

【技术特征摘要】
1.聚氨酯一体化抗热损超双疏涂料的制备方法，其特征是，步骤如下：(1)将聚氨酯稀料纳米与氧化锌搅拌混合后得到聚氨酯复合纳米级氧化锌溶液；(2)将聚氨酯复合纳米级氧化锌溶液与丙烯酸酯的混合后加入溶剂并超声分散得到胶状物；(3)将甲基丙烯酸十二氟庚酯与纳米助剂混合，加热搅拌后得到混合物1；(4)将偶氮二异丁腈和乙酸叔丁酯混合，加热搅拌后得到混合物2；(5)将步骤(2)～(4)获得的胶状物、混合物1和混合物2混合物后，调节pH至5～7，搅拌加热回流后得到混合物3；(6)将2-丁酮和甲苯混合后密闭超声分散后得到混合物4；(7)将混合物3和混合物4混合后，密闭搅拌得到氧化锌改性粒子悬浊液；(8)将步骤(7)得到的氧化锌改性粒子悬浊液与步骤(1)得到的聚氨酯复合纳米级氧化锌溶液混合后进行剪切分散、乳化后得到聚氨酯一体化抗热损超双疏涂料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤(1)中所述聚氨酯稀料中的溶剂为乙醇和丙二醇甲醚醋酸酯的混合物；或，步骤(1)中所述纳米氧化锌的添加量为的聚氨酯稀料质量的为75％；或，步骤(1)中所述搅拌混合的条件为速率1000-1400r/min，时间1.5-4h。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤(2)中所述的丙烯酸酯为甲基丙烯酸甲酯；或，步骤(2)中聚氨酯复合纳米级氧化锌溶液与丙烯酸酯的体积比为1:2～6；或，步骤(2)中超声分散的时间为15～35min。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤(3)中纳米助剂为BYK3700纳米助剂；或，步骤(3)中加热搅拌的条件为：加热温度60℃-120℃、搅拌速...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭凯，李辛庚，吴亚平，王晓明，闫风洁，张振岳，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东;37