一种水性聚脲涂层材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及纳米技术在涂层材料领域的应用，具体的说是一种水性聚脲涂层材料及其制备方法。一种水性聚脲涂层材料，由A、B两个组分构成双组份，其中，A为以改性异氰酸酯为主体的预聚物，B为硅酸盐水溶液为主体的固化剂，其特征在于：水性聚脲涂层中A组分中添加催化剂；所述催化剂为具有大环共轭π体系的平面分子，平面分子与金属形成的配合物或平面分子的聚合物中的一种或几种，其中，催化剂加入量占A组分(A组分按100份计)的0.001‑10份。本发明专利技术涂层材料采用不同种类催化剂提高体系交联度，增加原位聚合物分子量，增加体系致密度，从而提高涂层耐腐蚀性能(如耐盐雾性能、耐酸、碱、溶剂等介质浸泡能力)和机械性能(如耐冲击性、耐磨性、硬度)等。

【技术实现步骤摘要】
一种水性聚脲涂层材料及其制备方法
本专利技术涉及纳米技术在涂层材料领域的应用，具体的说是一种水性聚脲涂层材料及其制备方法。
技术介绍
纳米技术是近年来出现的一门新兴技术，它带来了材料学领域的重大革命，由于腐蚀防护所涉及的表面材料的性质由微观结构所决定，纳米技术的出现与应用无疑将给腐蚀控制技术的发展带来巨大的机遇。研究表明，利用纳米技术对有机涂层防腐材料进行改性，可提高其综合性能，特别是增加材料的机械强度、硬度、附着力，提高耐光性、耐老化性、耐候性等。例如TiO、SiO2、ZnO、FeO等纳米粒子对紫外光线有散射作用，加入这一类的纳米材料可有效的增强材料的抗紫外线能力，使耐老化性显著提高。通过向材料中引入少量纳米粒子，能增加材料的密封性，达到更好的防水、防腐效果。对于无机涂层材料，如对其结构进行纳米化，也能达到明显改善其增塑性、增韧性的作用。当前已有一些通过纳米技术对防腐材料进行改性的技术获得专利。不过，总的来说，此项技术还仅仅处于起步阶段，有着极大的发展前景。通常采用熔融等外混法，引入无机纳米粒子，但无机粒子通常与体系聚合物间存在空隙，无机粒子无法与界面完全浸润，粒子易出现团聚且分散不均的现象，对于防腐涂料而言，体系对基材的保护大多取决于物理阻隔，体系不致密直接导致防腐性能下降。相较上述方法，体系原位生成的无机粒子与体系聚合物间的界面衔接更紧密，体系致密度更高，且体系原位生成无机粒子无疑尺寸更小且分布均一，因此原位生成无机粒子的方法近几年得到重视。专利HU212033和US5622999公开了采用某些小分子磷酸酯控制水玻璃/聚异氰酸酯的油包水型乳液中的反应速度的方法，具体采用小分子脂肪族磷酸酯和小分子芳香族磷酸酯充当催化剂及增塑剂；并取三种主要材料的首字母，将此种材料命名为3P树脂，并且反应时间可控制在几秒到几个小时之间。但生成聚硅酸/聚硅酸盐颗粒的尺寸在5-50μm，颗粒较大且范围较宽。此外，该产品作为涂层材料的另一个缺点是材料聚合物分子量不够，交联度过低，体系致密度不足。专利CN1993398A在上述专利基材上提供了一种具有改善机械性能和断裂力学性能的混合树脂，包括含有乙烯基酯和/或聚酯。上述混合树脂将硅酸盐尺寸降低至1-5μm，从而产品机械性能随之得到改善。但同样作为防腐涂料，体系致密度不足以承受腐蚀气体侵入。国际专利WO13/016370通过加入某些多元醇使聚硅酸与聚异氰酸酯反应生成聚硅酸/聚氨酯纳米复合物，并通过用亲水的多元醇在亲水的聚硅酸与疏水的有机组分之间产生相容性，通过改变界面张力的不同乳化剂将W/O乳液中的颗粒尺寸减小。然而，减小颗粒尺寸的乳化剂显著影响了聚异氰酸酯/聚异尿酸酯(三聚作用)的转变以及水/聚异氰酸酯(聚脲形成)反应，使得反应变得不可控。因此，本专利技术的目的是采用不同种类催化剂提高体系交联度，增加原位聚合物分子量，增加体系致密度，从而提高涂层耐腐蚀性能(如耐盐雾性能、耐酸、碱、溶剂等介质浸泡能力)和机械性能(如耐冲击性、耐磨性、硬度)等。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种水性聚脲涂层材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用技术方案为：一种水性聚脲涂层材料，由A、B两个组分构成双组份，其中，A为以改性异氰酸酯为主体的预聚物，B为硅酸盐水溶液为主体的固化剂，水性聚脲涂层中A组分中添加催化剂；催化剂的功能为催化A组分与B组分反应；所述催化剂为具有大环共轭π体系的平面分子，平面分子与金属形成的配合物或平面分子的聚合物中的一种或几种，其中，催化剂加入量占A组分(A组分按100份计)的0.001-10份。所述催化剂添加的目的在于降低A组分与B组分反应所需活化能，增加A组分中改性异氰酸酯与B组分中水及硅酸盐的反应程度。A、B组分类的双组份反应型涂料，即在混合后进行反应，体系中加入合适的催化剂可在有限“反应窗口期”内增加反应交联程度，减少体系中剩余未反应预聚物或单体的比例，提高漆膜耐受性。所述这类具有共轭体系的功能化合物具有很好的配位能力，可以和元素周期表中的大多数金属离子配位(如镧系金属、锷系金属以及一些主族金属)。这些金属配位化合物有很强的催化能力。所述具有大环共轭π体系的平面分子为四吡咯类化合物或其衍生物；包括但不限于卟吩化合物及其衍生物、卟啉类化合物及其衍生物等、卟啉酞菁化合物及其衍生物、卟啉二聚体及多聚体、酞菁二聚体及多聚体等，优选卟啉(H2P)和金属卟啉[MP(n-2)+]以及卟啉二聚体或多聚体的一种或多种混合。所述形成配合物中的金属为Li+、Na+、K+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+Fe3+、Al3+等；包括和一价的金属离子(Li+，Na+，K+)配位生成双核单层配合物、正二价金属配位大多生成单核的单层配合物(Fe2+，Co2+，Ni2+，Cu2+，Zn2+等)、三价金属(Fe3+、Al3+)与四吡咯类化合物形成的“半三明治”结构、以及四价金属离子形成的链状分子等。其中金属卟啉包括常规金属卟啉和SAT金属卟啉，卟啉大环的尺寸适合非常多的金属离子，半径在55-80pm范围内的金属离子如Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+等适合嵌入其中作为常规金属卟啉，当金属离子半径过大，超过80pm，如Fe2+、Cd2+、Hg2+、Pd2+等不能完全嵌入卟啉大环内，则位于大环外侧，形成SAT金属卟啉。所述平面分子的聚合物为四吡咯类化合物的二聚体或多聚体。所述四吡咯类化合物为卟吩类化合物、卟啉类化合物、卟啉酞菁化合物中的一种或几种。所述平面分子的聚合物为单体金属卟啉、卟啉二聚物、卟啉三聚物、卟啉多聚物或金属叶啉化合物与具有配位能力的小分子相互作用而形成混杂化合物中的一种或几种。所述的卟啉二聚体及多聚体包括但不限于单体金属卟啉、卟啉二聚物、卟啉三聚物、卟啉多聚物、或者也可以由金属叶啉化合物(包括单体金属卟啉，卟啉二聚物，卟啉三聚物等卟啉化合物)与额外加入的具有配位能力的小分子相互作用而形成混杂的一维链，二维平面或者具有三维空间构型的化合物中的一种或多种，如meso-四苯基羟基卟啉、meso-四苯基羧基卟啉、meso-四苯基羟基卟啉、环型卟啉、三聚卟啉、双卟啉等。其中卟啉和金属卟啉都有22个π电子，这一特性使其允许发生强π-π相互作用，自组装时容易形成两种聚集结构，H型或J型。J型结构是单体分子一维肩并肩排列，H型聚集结构是卟啉单体以面对面方式排列的。所述的酞菁二聚体及多聚体包括但不限于μ-碳/氮/氧连接的酞菁、平面双核酞菁、平面双核萘菁、基于平面双核酞菁的三明治型稀土化合物等。所述催化剂为卟啉、卟啉衍生物、金属卟啉、金属卟啉衍生物、卟啉二聚体、卟啉多聚体中的一种或几种。所述水性聚脲涂层材料为A、B两个组分构成双组份，其中，A、B两个组分按1.3:1-2.5:1(质量比)混合；所述A组分(按100份计)，改性异氰酸酯20-80份、催化剂0.001-10份、增塑剂5-70、助剂0.01-10份和颜料或填料0-30份；...

【技术保护点】
1.一种水性聚脲涂层材料，由A、B两个组分构成双组份，其中，A为以改性异氰酸酯为主体的预聚物，B为硅酸盐水溶液为主体的固化剂，其特征在于：水性聚脲涂层中A组分中添加催化剂；/n所述催化剂为具有大环共轭π体系的平面分子，平面分子与金属形成的配合物或平面分子的聚合物中的一种或几种，其中，催化剂加入量占A组分(A组分按100份计)的0.001-10份。/n

【技术特征摘要】
1.一种水性聚脲涂层材料，由A、B两个组分构成双组份，其中，A为以改性异氰酸酯为主体的预聚物，B为硅酸盐水溶液为主体的固化剂，其特征在于：水性聚脲涂层中A组分中添加催化剂；
所述催化剂为具有大环共轭π体系的平面分子，平面分子与金属形成的配合物或平面分子的聚合物中的一种或几种，其中，催化剂加入量占A组分(A组分按100份计)的0.001-10份。


2.按权利要求1所述的水性聚脲涂层材料，其特征在于：所述具有大环共轭π体系的平面分子为四吡咯类化合物或其衍生物；所述形成配合物中的金属为Li+、Na+、K+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Fe3+或Al3+；所述平面分子的聚合物为四吡咯类化合物的二聚体或多聚体。


3.按权利要求1或2所述的水性聚脲涂层材料，其特征在于：所述四吡咯类化合物为卟吩类化合物、卟啉类化合物、卟啉酞菁化合物中的一种或几种。


4.按权利要求1或2所述的水性聚脲涂层材料，其特征在于：所述平面分子的聚合物为卟啉二聚物、卟啉三聚物、卟啉多聚物或金属叶啉化合物与具有配位能力的小分子相互作用而形成混杂化合物中的一种或几种。


5.按权利要求1所述的水性聚脲涂层材料，其特征在于：所述催化剂为卟啉、卟啉衍生物、金属卟啉、金属卟啉衍生物、卟啉二聚体、卟啉多聚体中的一种或几种。


6.按权利要求1所述的水性聚脲涂层材料，其特征在于：所述A、B两个组分按1.3:1-2.5:1(质量比)混合；所述A组分(按100份计)，改性异氰酸酯20-80份、催化剂0.001...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，孔凡厚，吴井龙，滕赟，王佳妮，王新，张学龙，
申请(专利权)人：沈阳化工研究院有限公司，沈阳中化新材料科技有限公司，中国中化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21