基于二维碳化钛的可见光诱导自修复涂料的制备方法技术

本发明专利技术公布了一种基于二维碳化钛的可见光诱导自修复涂料的制备方法，该涂料是由自修复水性聚氨酯树脂、稳定剂、流平剂和消泡剂复配而成，其中，在自修复型水性聚氨酯树脂的自制过程中加入了改性的二维碳化钛材料(MXene)作为可见光诱导剂，有效地解决了MXene这种高效光热转换材料的在水性体系中降解问题。制得的涂料在可见光作用下，涂层划口处的可见光诱导剂经光照产热，触发涂层内的物理和化学反应，从而实现划口处的间隙闭合、裂纹消失，恢复涂层的物理屏障作用，实现了超强的自修复能力。该涂料具有无毒、不燃、使用安全、在可见光下自修复性能好等优点，是一种无毒无污染的环境友好型自修复涂料。境友好型自修复涂料。境友好型自修复涂料。

【技术实现步骤摘要】
基于二维碳化钛的可见光诱导自修复涂料的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种涂料的制备方法，具体涉及一种基于二维碳化钛的可见光诱导自修复水性聚氨酯涂料的制备方法；属于新型材料相关


技术介绍

[0002]涂料能够对物体起保护、装饰、绝缘以及防腐等作用，被广泛应用在各个领域之中，它与塑料、合成橡胶、合成纤维、粘合剂并称为五大合成材料。然而，在涂料的生产、使用和加工过程中，会产生挥发性有机物(VOC)，对大气层和人的身体健康造成一定程度的损害。水性涂料的VOC含量不高，从环保角度来看，水性涂料被认为是涂料行业最具发展潜力的涂料之一，其拥有高固含量和光泽、低粘度，并以水为分散介质，因而对环境比较友好，正在逐渐替代溶剂型涂料。
[0003]然而，水性涂料在制造和使用过程中，在材料内部不可避免地会产生难以察觉的微裂纹和损伤，这些微裂纹和损伤的扩散和聚结会引起材料破坏，降低产品的耐用性和可靠性。为了解决这一问题，科学家们提出自修复材料的概念，通过外加修复剂或者外界刺激官能团等方式来实现材料的自我修复。
[0004]申请号为202010748076.8的专利技术专利公开了一种具备自修复性能的水性聚氨酯涂料组合物，其组成按重量百分数计包含：(a)多异氰酸酯35～50wt％；(b)多元醇15～20wt％；(c)二羟甲基丙酸5～10wt％；(d)纳米Co粒子改性的聚氨酯微胶囊3～8wt％；水余量。其涉及的自修复性能的水性聚氨酯涂料组合物能够在涂覆层破裂时激发微胶囊的快速破裂，提高了自修复敏感度，加快了自修复进程，同时不会造成涂覆膜的性能劣化，保证了涂覆膜的质量。
[0005]申请号为202010521143.2的专利技术专利公开了一种自修复水性聚氨酯涂料，按重量百分比计，包括60
‑
80％的聚氨酯涂料基液，20
‑
40％的自修复复合纳米纤维，其中的自修复复合纳米纤维具有三层结构，由内到外依次为内层芯材，中间屏障层，外层丙烯酸酯单体。该专利技术中的自修复复合纳米纤维使用了硅烷作为芯材，一方面，该硅烷具有交联性质，可以与外层的丙烯酸酯单体反应、交联固化；另一方面，所得到的交联网络在高温下可以能够发生可逆反应，重新得到行星状的硅烷分子，降温后重新交联固化，从而实现涂料层的再次自修复。
[0006]但是，上述现有技术中所公布的自修复涂料自修复次数有限，且需要高温下才具有自修复效果，对于常温下使用的涂料难以达到自修复效果。鉴于此，需要对现有技术进行创新改进，采用合适的材料、通过合理的配方设计与生产工艺，既要保证水性涂料的稳定性和使用性能，又要使水性涂料产生裂纹后能够在可见光作用下即实现自修复，满足工业生产的需要，节约能耗，达到碳减排的目的。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种可见光诱导自修复型水性聚
氨酯涂料的制备方法，以解决现有技术中油性涂料毒性较大、易燃、使用安全性差、污染环境及水性涂料自修复性能差、自修复次数少、能耗高等问题。
[0008]为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：
[0009]本专利技术首先公布了一种基于二维碳化钛的可见光诱导自修复涂料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]S1、制备自修复型水性聚氨酯树脂：
[0011](1)在装有搅拌器、温度计、回流冷凝器的反应器中加入多元醇低聚物，搅拌，于105
‑
120℃抽真空脱水1
‑
2h，降温至60℃时加入二异氰酸酯，在70
‑
90℃下反应1
‑
2h，然后按官能团物质的量之比
‑
NCO/
‑
OH＝1.2
‑
1.6加入含有亲水基团的化合物、双(2
‑
羟乙基)二硫醚和低分子多元醇扩链剂，继续反应2
‑
4h得到聚氨酯预聚物；
[0012](2)将制得的聚氨酯预聚物降至室温，加入三乙胺将其中的羧酸根中和成盐，中和度为80
‑
110％；
[0013](3)将中和后的预聚物出料至分散器中，加入1
‑
3质量份可见光诱导剂反应1
‑
2h，在搅拌下加入去离子水进行分散，再加入过量低分子脂肪胺类扩链剂反应10
‑
30分钟，制得自修复水性聚氨酯树脂；
[0014]S2、制备可见光诱导自修复环保型涂料：
[0015]取步骤S1制得的自修复水性聚氨酯树脂100质量份置于搅拌器中，再向其中加入0.2
‑
1质量份稳定剂、0.1
‑
0.3质量份流平剂和0.1
‑
0.5质量份消泡剂，充分搅拌使各组分混合均匀，即制得可见光诱导自修复环保型涂料。
[0016]优选地，前述聚氨酯预聚物中羧基质量含量为0.7
‑
2.0％。
[0017]优选地，前述可见光诱导剂为改性MXene，制备方法为：将10质量份氟化锂溶于100质量份9mol/L的盐酸中，使其完全溶解形成混合溶液；再将5
‑
10质量份的Ti3AlC2陶瓷粉加入上述混合溶液中并在25
‑
35℃下搅拌反应24
‑
48h；待反应完成后，用去离子水洗涤5
‑
10次，干燥得到中间产物；最后，取10质量份中间产物、1
‑
2质量份纳米金属粉体及20
‑
50质量份插层剂，在25
‑
35℃下搅拌12
‑
24h，得到可见光诱导剂。MXene是一种高效光热转化剂，但是其在水中一直有降解的问题，至今仍然是基础研究中重要的研究课题。在本专利技术的可见光诱导剂的自制过程中，特别加入了纳米金属粉体，并采用插层法插入，一方面能够提高分散效果，优化光热转换效果，另外还能提高可见光诱导剂在水性涂料中的稳定性。区别于现有技术中其他可见光诱导剂，本专利技术自制的MXene的优势在于光热转换效率高，因而能够优化涂料的自修复性能；同时，作为无机纳米填料还可以提升材料强度，经验证，该可见光诱导剂的应用还能进一步提高自修复涂料水分挥发后所形成的涂膜的导电性能，使涂膜的体积电阻率大大减小。
[0018]再优选地，前述纳米金属粉体为纳米金粉、纳米银粉、纳米铜粉中的一种或多种的混合物。
[0019]再优选地，前述的插层剂为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的一种或多种的混合物。
[0020]更优选地，前述多元醇低聚物为聚酯二元醇、聚醚二元醇、聚四氢呋喃二元醇、聚碳酸酯二元醇中的一种或多种的混合物；所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷
‑
4,4'
‑
二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、4,
4'
‑
二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种的混合物。
[0021]进一步优选地，前述含本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于二维碳化钛的可见光诱导自修复涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、制备自修复型水性聚氨酯树脂：(1)在装有搅拌器、温度计、回流冷凝器的反应器中加入多元醇低聚物，搅拌，于105
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120℃抽真空脱水1
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2h，降温至60℃时加入二异氰酸酯，在70
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90℃下反应1
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2h，然后按官能团物质的量之比
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NCO/
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OH＝1.2
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1.6加入含有亲水基团的化合物、双(2
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羟乙基)二硫醚和低分子多元醇扩链剂，继续反应2
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4h得到聚氨酯预聚物；(2)将制得的聚氨酯预聚物降至室温，加入三乙胺将其中的羧酸根中和成盐，中和度为80
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110％；(3)将中和后的预聚物出料至分散器中，加入1
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3质量份可见光诱导剂反应1
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2h，在搅拌下加入去离子水进行分散，再加入过量低分子脂肪胺类扩链剂反应10
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30分钟，制得自修复水性聚氨酯树脂；S2、制备可见光诱导自修复环保型涂料：取步骤S1制得的自修复水性聚氨酯树脂100质量份置于搅拌器中，再向其中加入0.2
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1质量份稳定剂、0.1
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0.3质量份流平剂和0.1
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0.5质量份消泡剂，充分搅拌使各组分混合均匀，即制得可见光诱导自修复环保型涂料。2.根据权利要求1所述的基于二维碳化钛的可见光诱导自修复涂料的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯预聚物中羧基质量含量为0.7
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2.0％。3.根据权利要求1所述的基于二维碳化钛的可见光诱导自修复涂料的制备方法，其特征在于，所述可见光诱导剂为改性二维碳化钛MXene，制备方法为：将10质量份氟化锂溶于100质量份9mol/L的盐酸中，使其完全溶解形成混合溶液；再将5
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10质量份的Ti3AlC2陶瓷粉加入上述混合溶液中并在25
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35℃下搅拌反应24
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48h；待反应完成后，用去离子水洗涤5
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10次，干燥得到中间产物；最后，取10质量份中间产物、1
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2质量份纳米金属粉体及20
‑
50质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡栋宇，项尚林，龚赛，王棋酉，轧宗洋，蔡志印，王鹏，
申请(专利权)人：山东力合新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：