一种自修复防水涂料及应用其的防海洋生物附着保护层的构建方法技术

本发明专利技术提供一种自修复防水涂料及应用其的防海洋生物附着保护层的构建方法，该自修复防水涂料包括聚氨酯树脂、自修复胶囊；其中，聚氨酯树脂包括异氰酸组分A、聚醚二元醇组分B，异氰酸组分A的原料包括二苯基甲烷二异氰酸酯，聚醚二元醇组分B的原料包括聚丙二醇、聚乙二醇、丙二醇嵌段聚醚中的至少一种；自修复胶囊包括囊芯、囊壁，其中，囊芯的原料为异佛尔酮二异氰酸酯；按照质量百分比计算，在自修复防水涂料中，自修复胶囊的含量为2～10wt％。为了延长防水涂料在海洋环境中的使用寿命，本发明专利技术在聚氨酯树脂中引入含有异佛尔酮二异氰酸酯的自修复胶囊。当膜层出现破损时，自修复胶囊也随之破裂，释放出遇水即发生反应的异佛尔酮二异氰酸酯。二异氰酸酯。二异氰酸酯。

【技术实现步骤摘要】
一种自修复防水涂料及应用其的防海洋生物附着保护层的构建方法


[0001]本专利技术属于涂料领域，尤其涉及一种自修复防水涂料及应用其的防海洋生物附着保护层的构建方法。

技术介绍

[0002]海洋污损生物一旦在人工设备表面附着，会对基材造成严重的不良影响，包括以下四方面的影响。第一，海洋污损生物的附着会改变附着区域的pH值，从而加速基材的腐蚀，导致人工设施基材强度的降低乃至破坏，降低其使用寿命。第二，海洋污损生物的附着不仅会增加船体自重，还会导致船体表面粗糙度增加，从而降低舰船的航速以及机动。第三，海洋生物的附着会造成船体燃油消耗的增加，当海洋污损生物附着面积为总面积的50％时，船体的燃油消耗则会增加40％。最后，在船体附着的海洋污损生物还可通过船体的运输到达其它海域，对其它海域造成物种入侵，破坏当地海域的生态平衡。因此，采取必要的防污策略阻止海洋污损生物附着在人工设备上具有重要的经济以及战略意义。
[0003]目前海洋防污方法大致分为三类，即生物防污技术、物理防污技术以及化学防污技术。生物防污技术作为一种无毒防污技术，采用海洋生物的分泌物或者提取物来替代防污剂起到防止海洋生物附着的作用，因其可被生物降解，因此具有环保无毒的特点。物理防污技术是通过电解防污、光照防污以及改变基材表面的物理性质来减少污损生物附着的一种技术。与生物防污技术和物理防污技术相比，化学防污技术具有防污时间长、防污效果显著以及防污技术简单易施行等优点，因而具有更广泛的应用。然而，化学防污技术需要使用有毒化学物质作为防污剂，且有研究表明这类有毒物质的长期使用已对海洋环境造成危害，在生物体内积累的相关研究均显示包括甲壳类动物、鱼类、鸟类、哺乳动物甚至人类在内的许多生物体都会积累这种化学物质，导致许多生物体的死亡和异常生长。因此，开发可持续的无毒害海洋防污技术迫在眉睫。

技术实现思路

[0004]为了改善海洋设备及设施附着海洋污损生物的问题，本专利技术的目的在于提供一种自修复防水涂料及应用其的防海洋生物附着保护层。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供一种自修复防水涂料，该自修复防水涂料包括聚氨酯树脂、自修复胶囊；其中，聚氨酯树脂包括异氰酸组分A、聚醚二元醇组分B，异氰酸组分A的原料包括二苯基甲烷二异氰酸酯，聚醚二元醇组分B的原料包括聚丙二醇、聚乙二醇、丙二醇嵌段聚醚中的至少一种；自修复胶囊包括囊芯、囊壁，其中，囊芯的原料为异佛尔酮二异氰酸酯；按照质量百分比计算，在自修复防水涂料中，自修复胶囊的含量为2～10wt％。
[0006]本专利技术所选用的异氰酸组分A和聚醚二元醇组分B反应形成的聚氨酯树脂，其聚合物结构中具有大量醚键，因而聚合物结构容易发生旋转，所形成的膜层具有良好的低温柔韧性和弯曲性；此外，本专利技术所制备的聚氨酯树脂还会和金属基材形成比较牢固的化学键
和氢键，能够增强膜层与金属基材的附着力。然而，膜层在使用过程中不可避免地会出现破损、被划伤等情况，随之而来的则是膜层性能的下降。为了保证本专利技术所制备的聚氨酯树脂能够在海洋环境中保持较长时间的良好使用效果，本专利技术在聚氨酯树脂中引入含有异佛尔酮二异氰酸酯的自修复胶囊。当膜层出现破损时，自修复胶囊也随之破裂，释放出遇水即快速发生反应的异佛尔酮二异氰酸酯。当异佛尔酮二异氰酸酯与水分子相遇时，会快速固化成膜，从而迅速修补膜层的损坏之处，能够显著提高膜层的使用寿命。此外，一定含量的自修复胶囊能够在本专利技术所提供的聚氨酯树脂中分散均匀，由此，本专利技术提供的自修复防水涂料能够形成均一、平整的涂层，且具有良好的自修复能力和防水能力。
[0007]优选地，在囊壁的外表面上嵌有微球，微球为聚甲基丙烯酸甲酯微球。囊壁微凸的表面结构，能够提高囊壁的防渗透性能。
[0008]优选地，按照质量份数计算，制备自修复胶囊的原料包括50～100份甲基丙烯酸甲酯、1～5份引发剂、50～70份尿素、5～10份间苯二酚、5～10份氯化铵、20～40份异佛尔酮二异氰酸酯。
[0009]优选地，按照质量比计算，尿素：间苯二酚：氯化铵＝5～10:0.5～1:0.5～1。
[0010]优选地，引发剂包括过硫酸钾、过硫酸钠中的至少一种。
[0011]优选地，自修复胶囊的粒径为20～50μm。例如，自修复胶囊的粒径为20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm或50μm等。
[0012]优选地，自修复胶囊的制备方法包括如下步骤：取甲基丙烯酸甲酯、引发剂溶解于溶剂中，将反应体系升温至80～90℃，保温10～16小时；调节反应体系的pH至4～5，加入尿素、间苯二酚、氯化铵、异佛尔酮二异氰酸酯，继续保温反应30～60min；随后，将反应体系降温至65～75℃，继续分散10～30min后，调节反应体系的pH至1～2，保温反应60～120min，得到自修复胶囊。利用本制备方法所制得的自修复胶囊的囊芯为异佛尔酮二异氰酸酯，囊壁由聚脲层和聚脲层外表面上镶嵌的聚甲基丙烯酸甲酯微球组成。因而该自修复胶囊具有微凸的表面结构，该特殊的表面结构不仅有利于提高囊壁的防渗透性能，还能提高自修复胶囊在涂料中的相容性与分散性。
[0013]优选地，使用pH调节剂调控制备自修复胶囊的反应体系的pH，pH调节剂包括盐酸、硫酸、醋酸中的至少一种。
[0014]本专利技术的另一个方面，提供一种构建自修复防海洋生物附着保护层的方法，该方法包括如下步骤：在需保护基材的表面涂布如上述任一项自修复防水涂料，使其干燥成膜，由此在需保护基材的表面形成可自修复膜层。由于保护层含有自修复功能的可自修复膜层，能够延长保护层的使用寿命以及缓解海洋生物附着的现象。
[0015]优选地，该方法包括如下步骤：S1.在需保护基材的表面涂布胶粘剂并使其干燥，由此形成胶粘层；S2.在胶粘层的表面涂布含有硅烷偶联改性二氧化硅的涂料并使其干燥，由此在胶粘层的表面形成粗糙层；S3.在粗糙层的表面涂布自修复防水涂料并使其干燥成膜，由此在粗糙层的表面形成可自修复膜层。依次在需要保护的客体(船体或钢板等)表面设置的胶黏层、粗糙层、可自修复膜层能够形成仿生超滑表面，该保护层将化学防污与物理防污技术相结合，一方面能够提高可自修复膜层在需要保护的客体表面的附着效果，另一方面能够进一步减少海洋生物的附着。
[0016]优选地，胶黏剂包括环氧树脂胶黏剂、聚氨酯胶黏剂、丙烯酸酯胶黏剂中的至少一
种。
[0017]优选地，硅烷偶联改性二氧化硅的粒径为50～100μm。
[0018]优选地，硅烷偶联改性二氧化硅为使用硅烷偶联剂进行接枝反应，硅烷偶联剂包括KH550、KH560、KH570、KH8454中的至少一种。
[0019]优选地，按照厚度比计算，胶黏层：粗糙层：可自修复膜层＝1～3：4～6：1～3。
[0020]优选地，可自修复膜层的厚度为0.1～0.5mm。
[0021]优选地，在S3之后还包括S4：在可自修复膜层的表面涂布二甲基硅油并使其干燥成膜，由此在可自修复膜层的表面形成二甲基硅油层。低表面能的润滑液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自修复防水涂料，其特征在于：所述自修复防水涂料包括聚氨酯树脂、自修复胶囊；其中，所述聚氨酯树脂包括异氰酸组分A、聚醚二元醇组分B，所述异氰酸组分A的原料包括二苯基甲烷二异氰酸酯，所述聚醚二元醇组分B的原料包括聚丙二醇、聚乙二醇、丙二醇嵌段聚醚中的至少一种；所述自修复胶囊包括囊芯、囊壁，其中，所述囊芯的原料为异佛尔酮二异氰酸酯；按照质量百分比计算，在所述自修复防水涂料中，所述自修复胶囊的含量为2～10wt％。2.如权利要求1所述的自修复防水涂料，其特征在于：在所述囊壁的外表面上嵌有微球，所述微球为聚甲基丙烯酸甲酯微球。3.如权利要求2所述的自修复防水涂料，其特征在于：按照质量份数计算，制备所述自修复胶囊的原料包括50～100份甲基丙烯酸甲酯、1～5份引发剂、50～70份尿素、5～10份间苯二酚、5～10份氯化铵、20～40份异佛尔酮二异氰酸酯。4.如权利要求3所述的自修复防水涂料，其特征在于：所述自修复胶囊的粒径为20～50μm。5.如权利要求4所述的自修复防水涂料，其特征在于，所述自修复胶囊的制备方法包括如下步骤：取所述甲基丙烯酸甲酯、所述引发剂溶解于溶剂中，将反应体系升温至80～90℃，保温10～16小时；调节反应体系的pH至4～5，加入所述尿素、所述间苯二酚、所述氯化铵、所述异佛尔酮二异氰酸酯，继续保温反应30～60min；随后，将反应体...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟建，戴海雄，符传杰，宋献军，谢寅峰，黄理荣，
申请(专利权)人：广东美涂士建材股份有限公司，
类型：发明
国别省市：