一种水性充气结构材料表面修复剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种水性充气结构材料表面修复剂及其制备方法和应用，表面修复剂以质量份数计，包括以下原料：90～99.2份水性聚氨酯、0.2～5份MXene/PPy纳米片、0.1～2份水性润湿剂和0.5～3份水性交联剂。上述修复剂可应用于充气结构材料表面微孔或微小裂纹的修补，具有环保、操作简便、优良的附着力、耐老化性、耐揉搓性、气体阻隔性以及近红外光自修复性等特点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种水性充气结构材料表面修复剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于修复材料
，尤其涉及一种水性充气结构材料表面修复剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]充气结构材料通常具有质量轻、强度高、优良的耐弯折性及耐候性、构造简单、使用和运输方便快捷等特点，被广泛应用于飞艇及系留气球、充气式假目标、充气式临时建筑、军用充气帐篷等领域。
[0003]气密性是保证充气结构的使用性能和安全性能的重要指标。充气结构在加工、运输、使用等过程中不可避免地多次弯折、挠曲，使充气结构材料表面产生褶皱，甚至是微孔或微小裂纹等现象。这种材料表面受到的损伤将会导致充气结构气密性出现明显降低，影响充气结构的安全性。同时，材料表面微孔或微小裂纹部位其老化进程相对于正常部位可能出现明显的加速老化现象，将严重影响充气结构的使用寿命。
[0004]然而，在充气结构材料的实际使用过程中，这类材料表面微孔或微小裂纹现象难以实现精准检测，给修复工作带来了极大的困难。另外，现有的修复剂大多为溶剂型，且存在耐老化性不好、对修复材料表面附着力不够等问题，修复效果并不理想，且使用大量有机溶剂，对环境造成严重污染。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种水性充气结构材料表面修复剂及其制备方法和应用，该修复剂耐侯性能良好并具有近红外光自修复性。
[0006]本专利技术提供了一种水性充气结构材料表面修复剂，以质量份数计，包括以下原料：
[0007]90～99.2份水性聚氨酯、0.2～5份MXene/PPy纳米片、0.1～2份水性润湿剂和0.5～3份水性交联剂。
[0008]其中，所述MXene/PPy纳米片中聚吡咯(PPy)以微球形态包覆在MXene纳米片表面；所述聚吡咯的平均粒径为60～100nm，优选为70～90nm。所述MXene/PPy纳米片中MXene纳米片为片层结构，能提高水性聚氨酯成膜后的气体阻隔性，同时具有光热效应，与具有光热效应的聚吡咯复合，仅需较少的用量，即可赋予聚氨酯树脂自修复性能。当修复后的充气结构材料再出现微孔时，无需多次喷涂修复剂，在780～1100nm的近红外光照射60～120s即可恢复其气体阻隔性，可有效降低对充气结构材料的增重。
[0009]在本专利技术中，所述水性聚氨酯以聚碳酸酯二醇为软段原料，以六亚甲基二异氰酸酯、4,4'
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二环己基甲烷二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯为硬段原料制得。所述水性聚氨酯的数均分子量为10000～60000g/mol，分子量分布为1.5～3，所述水性聚氨酯的固含量为10～40wt％。本专利技术采用的水性聚氨酯作为修补剂的主体，能够提供优良的耐老化性和柔韧性且具有环保的特点。
[0010]在本专利技术中，所述水性润湿剂为聚醚硅氧共聚物；其能使修复剂对基材具有良好
的润湿性和防缩孔效果。
[0011]在本专利技术中，所述水性交联剂选自水分散型聚HDI、水分散型聚IPDI或多官能团氮丙啶交联剂。上述种类的水性交联剂能增加修复剂与基材的附着力，防止在使用过程中出现脱层现象。
[0012]本专利技术提供的水性修复剂可应用于充气结构材料表面微孔或微小裂纹的修补，具有环保、操作简便、优良的附着力、耐老化性、耐揉搓性、气体阻隔性以及近红外光自修复性等特点。
[0013]在本专利技术中，所述水性充气结构材料表面修复剂具体包括以下原料：
[0014]0.5质量份MXene/PPy纳米片、0.2质量份水性润湿剂、98.8质量份水性聚氨酯和0.5质量份水分散型聚HDI；
[0015]或包括1质量份MXene/PPy纳米片、0.5质量份水性润湿剂、96.5质量份水性聚氨酯和2质量份水分散型聚IPDI；
[0016]或包括2质量份MXene/PPy纳米片、1质量份水性润湿剂、95质量份水性聚氨酯和2质量份水分散型聚多官能团氮丙啶；
[0017]或包括4质量份MXene/PPy纳米片、2质量份水性润湿剂、91质量份水性聚氨酯和3质量份水分散型IPDI；
[0018]或包括1质量份MXene/PPy纳米片、1质量份水性润湿剂、97质量份水性聚氨酯和1质量份水分散型HDI。
[0019]本专利技术提供了一种上述技术方案所述水性充气结构材料表面修复剂的制备方法，包括以下步骤：
[0020]将盐酸和氟化锂(LiF)混合后，加入钛碳化铝(Ti3AlC2)，搅拌条件下反应，得到的粗产物进行洗涤，冷冻干燥，得到刻蚀产物；
[0021]将所述刻蚀产物分散在水中，超声处理后再进行离心分离，取上层分散液冷冻干燥，得到MXene纳米片；
[0022]将所述MXene纳米片分散在聚乙烯醇水溶液中，加入三氯化铁，再加入吡咯，反应，离心洗涤，冷冻干燥，得到MXene/PPy纳米片；
[0023]将所述MXene/PPy纳米片、水性润湿剂和水性聚氨酯混合，搅拌均匀，得到水性聚氨酯分散液；
[0024]使用前，将所述水性聚氨酯分散液和水性交联剂混合，搅拌均匀，得到水性充气结构材料表面修复剂。
[0025]在本专利技术中，所述盐酸的浓度为8.5～9.5mol/L，具体实施例中，所述盐酸的浓度为9mol/L。所述LiF:Ti3AlC2的质量比为1:0.98～1.02；具体实施例中，所述LiF:Ti3AlC2的质量比为1:1。本专利技术优选缓慢加入Ti3AlC2，防止其快速生热。所述搅拌条件反应的温度为35～40℃，时间大于等于48h；采用去离子水反复离心洗涤产物，离心的转速为6000～8000rpm；每次离心的时间为5min，洗涤直至pH>6；冷冻干燥后得到刻蚀产物。
[0026]本专利技术将所述刻蚀产物分散于去离子水中，优选在氩气氛围下超声处理，超声处理的时间为1～2h；超声后的产物进行离心分离，离心分离的转速为6000～8000rpm，离心分离的时间为0.5～1h。取上层分散液进行冷冻干燥，得到MXene纳米片。
[0027]本专利技术将所述MXene纳米片分散在聚乙烯醇水溶液中，所述聚乙烯醇水溶液的质
量浓度为1％。
[0028]所述MXene纳米片和吡咯的质量比为1:2～10。所述氯化铁为六水氯化铁。加入吡咯后反应的时间为7.5～8.5h，具体实施例中，加入吡咯后反应的时间为8h。采用去离子水反复洗涤以除去杂质。
[0029]在本专利技术中，所述水性聚氨酯优选按照以下方法制得：
[0030]向聚碳酸酯二醇(PCDL)中滴加异氰酸酯和催化剂，搅拌条件下反应，测定反应物中
‑
NCO含量，滴加扩链剂继续反应，得到聚氨酯预聚体；
[0031]将所述聚氨酯预聚体中和，加入水进行乳化，脱除溶剂，得到水性聚氨酯。
[0032]在本专利技术中，所述聚碳酸酯二醇和异氰酸酯的摩尔比为1:2；所述异氰酸酯选自六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、4,4'
‑
二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水性充气结构材料表面修复剂，以质量份数计，包括以下原料：90～99.2份水性聚氨酯、0.2～5份MXene/PPy纳米片、0.1～2份水性润湿剂和0.5～3份水性交联剂。2.根据权利要求1所述的水性充气结构材料表面修复剂，其特征在于，所述MXene/PPy纳米片中聚吡咯以微球形态包覆在MXene纳米片表面。3.根据权利要求1所述的水性充气结构材料表面修复剂，其特征在于，所述水性聚氨酯以聚碳酸酯二醇为软段原料，以六亚甲基二异氰酸酯、4,4'
‑
二环己基甲烷二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯为硬段原料制得。4.根据权利要求1所述的水性充气结构材料表面修复剂，其特征在于，所述水性聚氨酯的固含量为10～40wt％；所述水性聚氨酯的数均分子量为10000～60000g/mol，分子量分布为1.5～3。5.根据权利要求1所述的水性充气结构材料表面修复剂，其特征在于，所述水性润湿剂为聚醚硅氧共聚物。6.根据权利要求1所述的水性充气结构材料表面修复剂，其特征在于，所述水性交联剂选自水分散型聚HDI、水分散型聚IPDI或多官能团氮丙啶交联剂。7.一种权利要求1～6任一项所述水性充气结构材料表面修复剂的制备方法，包括以下步骤：将盐酸和氟化锂混合后，加入钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊征蓉，刘向东，周妍，张航，张锡文，盛德鲲，杨宇明，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：