一种具有防污和自修复功能的水性聚氨酯涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有防污和自修复功能的水性聚氨酯涂料及其制备方法；该涂料由水性羟基组分与含聚亚胺化合物的水性聚氨酯固化剂按NCO：OH摩尔比1.2

A waterborne polyurethane coating with antifouling and self-healing functions and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种具有防污和自修复功能的水性聚氨酯涂料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及聚氨酯涂料，尤其是涉及一种具有防污和自修复功能的水性聚氨酯涂料及其制备方法，用于改善现有该类涂料存在耐化学品性差和不耐沾污，特别是涂膜损伤后不能自行恢复的问题。

技术介绍

[0002]涂料是一种对基体材料表面起到良好保护作用的复合材料，近些年来在工业生产和日常生活的各个方面得到了广泛的应用。但是由于自身性能和环境等各方面的影响，在施工完成一段时间后，涂层表面上不可避免地会出现一些小裂缝，由于暴露在空气中这些微裂纹会不断扩散，进而会导致涂层从基材上剥落大大缩减了涂层的保护效果及使用寿命。因此，提高涂层的使用寿命及保护效果成为众多材料研究人员的研究热点，而具有自修复功能的涂料为这一问题提供了有效的解决方案，自修复涂料根据其自修复的原理可分为本征型和外授型。
[0003]外授型自修复材料是将含有修复剂的微胶囊或微脉管包埋在聚合物中，当产生损伤后修复剂就会释放出来修复损伤，例如中国专利CN201910693530.1提供一种自修复聚氨酯防腐涂料,由PPG、IPDI、DMPA为主要原料,合成水性聚氨酯；利用包封技术,以TEOS为壁材,亚麻籽油为芯材,聚多巴胺为纳米阀,设计合成纳米硅微球；将纳米硅微球添加到水性聚氨酯中,制备一级修复涂层；由PPG、IPDI、DMPA、Di
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Se、GO为主要原料,合成双硒型水性聚氨酯/GO二级修复涂层。
[0004]本征型自修复材料是指将可逆的共价键或非共价键引入到聚合物分子链上，当材料受损后通过其自身进行可逆修复，所以本征型自修复结构包括动态非共价键和共价键两种类型。动态非共价键包括氢键、离子键、π
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π堆叠和范德华力等，动态共价键的化学交联结构包括Diels
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Alder反应、双硫键、酰腙键、亚胺键等。通过两种自修复原理可知，本征型自修复材料不仅制备方法简单且理论上可以重复修复，所以得到当下研究人员的广泛关注。例如中国专利CN109439175A将填充材料加入到聚己内酯中,然后加入辛酸亚锡,130
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140℃反应24
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36h,加入溶剂、交联剂以及二月桂酸二丁基锡,在氮气保护下60
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80℃搅拌5
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10h,然后涂覆于金属表面,固化，该专利技术以聚己内酯作为基底,通过原位聚合法将光热转换材料引入聚合物网络,并引入催化剂和交联剂,通过交联作用形成聚合物网络,实验表明在红外光照射下,聚合物链段剧烈运动,在损伤界面发生着氨酯键的断裂与重构,从而实现涂料的自修复功能。
[0005]上述的涂层出现裂纹和小孔会影响涂层的寿命和效果，可以通过自修复功能给予解决，然而在涂料的实际应用中除了因外部或内部环境外产生的裂纹外还有一个值得我们探索的问题，那就是涂料的防污性，防污涂料具有很高的潜在应用价值，例如在建筑方面，用于高层建筑的墙体可长时间保持墙体的清洁避免了高空作业的危险同时减少了水资源的浪费；再如汽车行业，用于车漆可防止雨水泥垢附着在车身，减少了洗车次数，降低了用车成本，用于挡风玻璃可改善汽车在行驶过程中的视野，提升了驾驶的安全性；其他行业，
如用于太阳能电池板表面，防止了灰尘堆积，增大了能量转化效率。所以近年来该类涂料的研发也被研究者所广泛关注，具有防污功能的表面可分为表面粗糙化的超疏表面和润滑的平面，超疏表面接触角>150
°
，而润滑的平面具有小的接触角滞后和小的滚动角。基于超疏表面的防污材料，一般需要人工制备精细的微纳米粗糙结构，再进行地表面能修饰后才具备超疏液的性能，然而这类材料的机械性能脆弱，且制备工艺复杂成本高，很难进行推广应用。所以就实用性而言基于光滑平面的防污材料更具有优势，从而得到了研究者的广泛关注如中国专利CN113444430A提供一种利用六亚甲基二异氰酸酯三聚体、氨基封端聚二甲基硅氧烷、N,N
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二甲基甲酰胺、甲醚化三聚氰胺甲醛树脂和对甲苯磺酸水溶液等作为原料制备的防污涂料，其试验结果表明涂层表面的灰尘等污染物很容易被水和一些油性的液滴冲洗干净，具有一定的防污性。
[0006]自修复涂料和防污涂料因其优良的物化性能和实用型有着良好的应用前景研发意义，那么结合了这两种涂料优良功能的复合涂料将会具有更广阔的应用前景，例如中国专利技术专利申请CN113088176A公开了一种自修复抗划痕型聚氨酯涂料及其制备方法，聚氨酯涂料结构中引入了动态脲键和硅改性链段,制得的涂层具有优异的自修复性能,兼具抗划痕、耐磨、抗涂鸦、高拉伸强度等特性,该专利技术通过引入动态脲键和硅改性链段使涂料同时具有了自修复和一定防污性能，然而其防污效果却并不良好。
[0007]目前市场上迫切地需要提供一种兼具自修复和防污功能的水性聚氨酯涂料，来满足各种运用场景的高性能涂料要求。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种兼具自修复和防污功能的水性聚氨酯涂料及其制备方法，且所得涂层力学性能保持良好，且具有良好的耐水性，显著增加涂层寿命。
[0009]本专利技术在传统水性聚氨酯涂料中引入席夫碱和超润滑体系；利用二胺化合物与对苯二甲醛的席夫碱反应生成的—CH＝N—的动态可逆性来实现涂层损伤后在一定条件下的自修复；通过将乙烯基硅氧烷引入羟基丙烯酸烷基酯体系制得亲水的超润滑羟基树脂涂料使涂层具有防污功能，最后在各组分进行配漆后，使最终所得的涂料兼具自修复和防污功能。
[0010]本专利技术的目的通过如下技术方案实现：
[0011]一种具有防污和自修复功能的水性聚氨酯涂料，由水性羟基组分与含聚亚胺化合物的水性聚氨酯固化剂按NCO：OH摩尔比1.2
‑
1.5:1配漆得到；
[0012]所述的水性羟基组分由水性羟基树脂、亲水超润滑羟基树脂和辅剂混合后加水至固含量为20
‑
40wt％得到；所述的亲水超润滑羟基树脂由乙烯基硅氧烷、乙烯基吡咯烷酮、羟基丙烯酸烷基酯、丙烯酸和有机溶剂混合,加入偶氮二异丁腈，升温至60
‑
80℃,在N2氛围下反应3
‑
5h，中和后加水乳化制成；
[0013]所述的含聚亚胺化合物的水性聚氨酯固化剂由二胺单体与对苯二甲醛在60℃
‑
80℃的有机溶剂中反应3
‑
4h，至体系醛基消失，冷却至室温，添加水性聚氨酯固化剂，在30
‑
50℃反应1
‑
2h制得。
[0014]为进一步实现本专利技术目的，优选地，含聚亚胺化合物的水性聚氨酯固化剂制备中，
所述的二胺单体与对苯二甲醛的摩尔比为1.02
‑
1.5:1；有机溶剂的用量为占二胺单体和对苯二甲醛质量和的10
‑
15％；水性聚氨酯固化剂的用量为对苯二甲醛质量的5
‑
15倍；
[0015]在亲水超润滑羟基树脂的制备中，以质量百分比计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有防污和自修复功能的水性聚氨酯涂料，其特征在于，由水性羟基组分与含聚亚胺化合物的水性聚氨酯固化剂按NCO：OH摩尔比1.2
‑
1.5:1配漆得到；所述的水性羟基组分由水性羟基树脂、亲水超润滑羟基树脂和辅剂混合后加水至固含量为20
‑
40wt％得到；所述的亲水超润滑羟基树脂由乙烯基硅氧烷、乙烯基吡咯烷酮、羟基丙烯酸烷基酯、丙烯酸和有机溶剂混合,加入偶氮二异丁腈，升温至60
‑
80℃,在N2氛围下反应3
‑
5h，中和后加水乳化制成；所述的含聚亚胺化合物的水性聚氨酯固化剂由二胺单体与对苯二甲醛在60℃
‑
80℃的有机溶剂中反应3
‑
4h，至体系醛基消失，冷却至室温，添加水性聚氨酯固化剂，在30
‑
50℃反应1
‑
2h制得。2.根据权利要求1所述的具有防污和自修复功能的水性聚氨酯涂料，其特征在于，含聚亚胺化合物的水性聚氨酯固化剂制备中，所述的二胺单体与对苯二甲醛的摩尔比为1.02
‑
1.5:1；有机溶剂的用量为占二胺单体和对苯二甲醛质量和的10
‑
15％；水性聚氨酯固化剂的用量为对苯二甲醛质量的5
‑
15倍；在亲水超润滑羟基树脂的制备中，以质量百分比计，原料用量为：乙烯基硅氧烷5
‑
15％、乙烯基吡咯烷酮2
‑
5％、羟基丙烯酸烷基酯20
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40％、丙烯酸2
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5％、有机溶剂31
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50％、偶氮二异丁腈2
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4％；在水性羟基组分制备中，以质量百分比计，原料用量为：水性羟基树脂60
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75％、亲水超润滑羟基树脂5
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15％，辅剂0.75
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3％；余量为水。3.根据权利要求2所述的具有防污和自修复功能的水性聚氨酯涂料，其特征在于，含聚亚胺化合物的水性聚氨酯固化剂制备和亲水超润滑羟基树脂的制备中，所述的有机溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇甲醚醋酸酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙二醇甲醚和丙二醇丁醚中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的具有防污和自修复功能的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述的二胺单体为4，4
‑
二氨基二苯醚、2，5
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二甲基
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1，4
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苯二胺、2，6
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二氨基甲苯、1,4
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丁二胺、乙二胺和丙二胺中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的具有防污和自修复功能的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述的水性聚氨酯固化剂为亲水改性己二异氰酸酯的三聚体。6.根据权利要求5所述的具有防污和自修复功能的水性聚氨酯涂料，其特征在于，所述的水性聚氨酯固化剂为科思创公司的Bayhydur2487、Bayhydur3100,Bayhydur XP2655,Bayhydur XP 2759和Bay...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿金清，杨浩，马冠豪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：