一种具有防污、防腐和仿生自愈功能的涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有防污、防腐和仿生自愈功能的涂层，该涂层以聚氨酯为成膜物，并混入聚氨酯质量1wt％的改性氮化硼模拟动物软骨组织的纤维结构；混入聚氨酯质量2wt％的2

【技术实现步骤摘要】
一种具有防污、防腐和仿生自愈功能的涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于仿生材料


技术介绍

[0002]随着大型货船的广泛应用，海洋腐蚀和生物污染已成为制约海洋资源开发的主要问题。根据研究，腐蚀问题每年消耗全球GDP的4％，其中微生物腐蚀约占50％。综合防污防腐涂料(IAAC)的制备是解决海洋腐蚀和生物污染的有效技术手段之一，受到了众多学者的广泛关注。然而，IAAC经常受到海洋沉积物的影响，使其受损。最终，IAAC将失去防污和防腐功能，影响其使用寿命。受动态化学键的启发，将动态化学键引入涂层系统可以实现涂层的自愈，这为设计具有自愈功能的IAAC提供了可能。然而，由于自修复聚合物的高链段迁移率，其机械性能较差，无法在复杂多变的海洋环境中使用。动物软骨组织具有高的机械强度和损伤后的自愈能力。动物的软骨组织由胶原细胞和细胞间的胶原纤维组成。软骨基质中蛋白聚糖分子的侧链通过氢键与胶原纤维连接，形成网状结构，大量胶原纤维交织成网状，以承受高作用力。因此，具有强超分子相互作用的层状纤维结构赋予软骨组织强大的机械强度和韧性。受此启发，制备具有高强度机械性能和自愈性能的IAAC的有效策略是在涂层中添加与聚合物分子非共价或化学交联的层状纤维材料。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种具有防污、防腐和仿生自愈功能的涂层，该涂层以聚氨酯为成膜物，并混入聚氨酯质量1wt％的改性氮化硼模拟动物软骨组织的纤维结构；混入聚氨酯质量2wt％的2
‑
辛基
‑
>4,5
‑
二氯异噻唑酮作为防污剂；聚氨酯制备中采用双(2
‑
羟乙基)二硫醚作为扩链剂引入二硫键，通过二硫键断裂和重组进行自愈。
[0004]本专利技术中一种具有防污、防腐和仿生自愈功能的涂层的制备步骤具体如下：
[0005]一、聚氨酯修饰氮化硼颗粒的制备
[0006]1)将氮化硼与5M氢氧化钠水溶液混合，并添加到含有8mm直径玛瑙球的球磨机罐中；球磨机转速设定为200r/min，持续24小时；经离心后使用去离子反复洗涤至pH为中性。然后，在60℃下真空干燥48h，得到羟基化氮化硼(OH
‑
BN)；其中，氮化硼和氢氧化钠水溶液配比为0.05g:1mL；
[0007]2)将N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)和羟基化氮化硼(OH
‑
BN)超声混合1小时；将混合物倒入容器中，并加入六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和二丁基锡，反应在氮气中80℃条件下进行12小时。反应完成后通过离心获得混合物；将混合物用乙酸乙酯(EA)超声清洗，最后将清洗后的产物在真空干燥炉中60℃条件下干燥24小时，得到HDI功能化氮化硼(HDI
‑
BN)；其中，羟基化氮化硼与N,N
‑
二甲基甲酰胺的比例为2mg/mL；羟基化氮化硼和六亚甲基二异氰酸酯的质量比为0.1:1，二丁基锡为催化剂量。
[0008]3)将N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)与HDI功能化氮化硼(HDI
‑
BN)超声混合1小时；将混合物与2
‑
氨基
‑4‑
甲基嘧啶
‑5‑
羧酸乙酯(BUTTPARK)和二丁基锡充分混合，然后倒入容器
中。反应在氮气中80℃条件下进行12小时。反应完成后通过离心获得混合物；将混合物用乙酸乙酯(EA)超声清洗，最后将清洗后的产物在真空干燥炉中60℃条件下干燥24小时，得到改性氮化硼(FBN)；其中，HDI功能化氮化硼与N,N
‑
二甲基甲酰胺的配比为2mg/mL；2
‑
氨基
‑4‑
甲基嘧啶
‑5‑
羧酸乙酯与HDI功能化氮化硼的质量比为1:0.1；二丁基锡为反应催化剂。
[0009]二、制备聚氨酯预聚体
[0010]将异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)加入反应容器，并加入二丁基锡。在氮气条件下，将溶液温度提高到50℃，反应0.5小时，再将温度提高到80℃，继续反应3小时得到聚氨酯预聚体；佛尔酮二异氰酸酯与聚四氢呋喃醚二醇的摩尔比为1:(0.26
‑
0.46)；
[0011]三、聚氨酯扩链反应
[0012]将双(2
‑
羟乙基)二硫醚(HEDS)溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)中并倒入步骤二容器中。将温度调至60℃时，继续反应6小时；双(2
‑
羟乙基)二硫醚与聚氨酯预聚体的质量比为3.15:(8～11)；双(2
‑
羟乙基)二硫醚与N,N
‑
二甲基甲酰胺的配比为1.05g/mL；
[0013]四、制备涂料
[0014]1)将改性氮化硼(FBN)分散到N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)中，超声处理1小时，再加入2
‑
辛基
‑
4,5
‑
二氯异噻唑酮(DCOIT)，得到混合溶液；
[0015]2)将混合溶液倒入步骤二容器中，继续加入N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)，使容器中的聚氨酯含量为30wt％，并在室温下继续搅拌1小时得到涂料；FBN的加入量为聚氨酯质量的1％；2
‑
辛基
‑
4,5
‑
二氯异噻唑酮为聚氨酯质量的2％；聚氨酯质量按照异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)和双(2
‑
羟乙基)二硫醚(HEDS)的总质量计算。
[0016]五、制备涂层
[0017]将涂料倒入聚四氟乙烯模具中或涂覆在基材表面，在80℃的烘箱中固化24小时得到所述具有防污、防腐和仿生自愈功能的涂层。
[0018]所述的基材为铁、铜、钢、镁、钛、铝的一种或多种的合金。
[0019]优选地，将聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)倒入旋转蒸发器的旋转瓶中，然后在120℃的真空下蒸馏2小时。冷却至60℃后，将其装瓶并密封保存。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021]本专利技术采用改性氮化硼模拟动物软骨组织的纤维结构将其引入聚氨酯中，利用仿生结构使其具有高强度机械性能。其中引入的氮化硼能够提高聚氨酯的强度、硬度和耐磨性，从而提高其力学性能。氮化硼可以提高聚氨酯的热稳定性，使其能够在高温条件下仍保持其性能。此外，氮化硼具有良好的耐腐蚀性能，能够抵御酸、碱等多种化学腐蚀，可以有效阻止海洋中的腐蚀因素渗透到涂层中，提高复合材料的耐腐蚀性。基于二硫键的聚氨酯复合涂层中引入防污剂(DCOIT)制备出具有热自愈、防污和防腐功能的涂层。
附图说明
[0022]图1对比例1涂层自愈后拉伸测试的应力和应变曲线
[0023]图2对比例2涂层自愈后拉伸测试的应力和应变曲线
[0024]图3对比例3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、防腐和仿生自愈功能的涂层，其特征在于，该涂层以聚氨酯为成膜物，并混入聚氨酯质量1wt％的改性氮化硼模拟动物软骨组织的纤维结构；混入聚氨酯质量2wt％的2
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辛基
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4,5
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二氯异噻唑酮作为防污剂；聚氨酯制备中采用双(2
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羟乙基)二硫醚作为扩链剂引入二硫键，通过二硫键断裂和重组进行自愈；其中，改性氮化硼颗粒的制备步骤如下：1)将氮化硼与5M氢氧化钠水溶液混合，并添加到含有8mm直径玛瑙球的球磨机罐中；球磨机转速设定为200r/min，持续24小时；经离心后使用去离子反复洗涤至pH为中性；然后，在60℃下真空干燥48h，得到羟基化氮化硼；其中，氮化硼和氢氧化钠水溶液配比为0.05g:1mL；2)将N,N
‑
二甲基甲酰胺和羟基化氮化硼超声混合1小时；将混合物倒入容器中，并加入六亚甲基二异氰酸酯和二丁基锡，反应在氮气中80℃条件下进行12小时；反应完成后通过离心获得混合物；将混合物用乙酸乙酯超声清洗，最后将清洗后的产物在真空干燥炉中60℃条件下干燥24小时，得到HDI功能化氮化硼；其中，羟基化氮化硼与N,N
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二甲基甲酰胺的比例为2mg/mL；羟基化氮化硼和六亚甲基二异氰酸酯的质量比为0.1:1，二丁基锡为催化剂量；3)将N,N
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二甲基甲酰胺与HDI功能化氮化硼超声混合1小时；将混合物与2
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氨基
‑4‑
甲基嘧啶
‑5‑
羧酸乙酯和二丁基锡充分混合，然后倒入容器中；反应在氮气中80℃条件下进行12小时；反应完成后通过离心获得混合物；将混合物用乙酸乙酯超声清洗，最后将清洗后的产物在真空干燥炉中60℃条件下干燥24小时，得到改性氮化硼；其中，HDI功能化氮化硼与N,N
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二甲基甲酰胺的配比为2mg/mL；2
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氨基
‑4‑
甲基嘧啶
‑5‑
羧酸乙酯与HDI功能化氮化硼的质量比为1:0.1；二丁基锡为催化剂量。2.一种如权利要求1所述具有防污、防腐和仿生自愈功能的涂层的制备方法，其特征在于，该方法的步骤具体如下：一、制备改性氮化硼颗粒1)将氮化硼与5M氢氧化钠水溶液混合，并添加到含有8mm直径玛瑙球的球磨机罐中；球磨机转速设定为200r/min，持续24小时；经离心后使用去离子反复洗涤至pH为中性；然后，在60℃下真空干燥48h，得到羟基化氮化硼；其中，氮化硼和氢氧化钠水溶液配比为0.05g:1mL；2)将N,N
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二甲基甲酰胺和羟基化氮化硼超声混合1小时；将混合物倒入容器中，并加入六亚甲基二异氰酸酯和二丁基锡，反应在氮气中80℃条件下进行12小时；反应完成后通过离心获得混合物；将混合物用乙酸乙酯超声清洗，最后将清洗后的产物在真空干燥炉中60℃条件下干燥24小时，得到HDI功能化氮化硼；其中，羟基化氮化硼与N,N
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二甲基甲酰胺的比例为2mg/mL；羟基化氮化硼和六亚甲基二异氰酸酯的质量比为0.1:1，二丁基锡为催化剂量；3)将N,N
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二甲基甲酰胺与HDI功能化氮化硼超声混合1小时；将混合物与2
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氨基
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甲基嘧啶
‑5‑
羧酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：田丽梅，王帅，
申请(专利权)人：吉林大学威海仿生研究院，
类型：发明
国别省市：