一种具有自修复性能的功能化碳点聚氨酯脲复合海洋防腐涂料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及新材料制备领域，具体提供了一种具有自修复性能的功能化碳点聚氨酯脲复合海洋防腐涂料及其制备方法，该涂料由A组分、B组分和C组分组成；A组分包括二异氰酸酯单体、聚合物多元醇树脂、稀释剂；B组分包括聚合物多元醇树脂、二胺扩链剂、稀释剂；C组分包括功能化碳点、分散剂、稀释剂。本发明专利技术利用功能化碳点表面富含的胺基、羟基、酰胺基与聚氨酯脲分子链中的脲基和氨基甲酸酯基间的氢键作用，大幅提升了聚氨酯脲的自修复性能；功能化碳点引发的自修复效果可以有效阻止聚氨酯脲涂层裂纹的扩展，阻止腐蚀介质对聚氨酯脲涂层的渗透，同时功能化碳点还具有吸水和还原氧气的功效，进而提升聚氨酯脲涂层的防腐性能。进而提升聚氨酯脲涂层的防腐性能。进而提升聚氨酯脲涂层的防腐性能。

【技术实现步骤摘要】
一种具有自修复性能的功能化碳点聚氨酯脲复合海洋防腐涂料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及新材料及海洋防腐领域，具体提供了一种具有自修复性能的功能化碳点聚氨酯脲复合海洋防腐涂料及其制备方法。

技术介绍

[0002]海洋环境是极其恶劣的自然腐蚀环境，海水具有很强的腐蚀性和高导电率。据统计，全球每年因腐蚀造成的经济损失约为700亿美元，其中海洋腐蚀占总损失的三分之一以上。针对海洋金属基体的防护，主要通过使用耐腐蚀材料、金属表面改性、涂装防腐涂料以及电化学保护等方法进行。其中，涂装防腐涂料作为一种最直接有效和经济的防腐技术，是目前最为重要的海洋金属基体防护措施。
[0003]聚氨酯脲树脂由于其特殊的软硬段相分离结构，具有优异的物理化学性质，并且可以通过对软硬段比例的调节对性能进行调控，从而表现出优异的力学强度、硬度和柔韧性，以及良好的耐候性、耐化学品腐蚀和耐磨性等特性，因此作为一种防护涂料被广泛应用于公共基础设施建设、家具家电、汽车及航空航天等领域。然而，聚氨酯脲作为涂层材料在使用过程中受各种环境因素影响极容易被损伤，影响产品外观并导致防护性能下降甚至失效，降低产品的使用寿命。
[0004]碳点由于其生态友好、化学性质稳定、电子迁移率高、表面官能团丰富易于功能化、抗菌性能优异、高热活性和不燃性等优点，使得碳点进入腐蚀防护领域研究人员的视野。在低浓度和中温条件下，碳点的腐蚀抑制率为95
‑
99%。碳点含有很多类吡咯N原子、吡啶N原子、石墨N原子和O原子，其中孤电子对使得碳点能够成为高效缓蚀剂。碳点通过π
‑
电子转移与金属表面形成刚性共价键，很容易被金属表面预吸附的水取代。
[0005]因此，能否结合上述两者的优势获得一种性能更加优异的聚氨酯防腐涂料，成为本领域亟待解决的问题之一。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术存在的诸多不足之处，提供了一种具有自修复性能的功能化碳点聚氨酯脲复合海洋防腐涂料及其制备方法，该涂料由A组分、B组分和C组分组成；A组分包括二异氰酸酯单体、聚合物多元醇树脂、稀释剂；B组分包括聚合物多元醇树脂、二胺扩链剂、稀释剂；C组分包括功能化碳点、分散剂、稀释剂。本专利技术利用功能化碳点表面富含的胺基、羟基、酰胺基与聚氨酯脲分子链中的脲基和氨基甲酸酯基间的氢键作用，大幅提升了聚氨酯脲的自修复性能；功能化碳点引发的自修复效果可以有效阻止聚氨酯脲涂层裂纹的扩展，阻止腐蚀介质对聚氨酯脲涂层的渗透，同时功能化碳点还具有吸水和还原氧气的功效，进而提升聚氨酯脲涂层的防腐性能，延长涂层的使用寿命，具有广阔的市场应用前景。
[0007]本专利技术的具体专利技术构思如下：通过采用功能化碳点作为自修复引发剂和防腐缓蚀剂，利用碳点表面丰富的胺
基、羟基、酰胺基与聚合物分子链中大量存在的脲基和氨基甲酸酯基的氢键作用，以及碳点之间的氢键作用，实现对裂纹等破坏的修复，使得功能化碳点聚氨酯脲复合海洋防腐涂层具有自修复性能。该自修复性能够抑制涂层缺陷的扩展，有效阻止水和氧气通过涂层孔隙传播；功能化碳点表面富含的亲水基团使其可以吸附大量的水分子，进一步阻止水在涂层中的渗透；同时，功能化碳点的高电子转移数，使其具有更有效的四电子途径将氧气还原成水，进一步阻止氧在涂层中的渗透；这三者的协同作用可以有效提升具有自修复性能的功能化碳点/聚氨酯脲复合海洋防腐涂层的防腐性能。
[0008]本专利技术的具体技术方案如下：一种具有自修复性能的功能化碳点聚氨酯脲复合海洋防腐涂料，其原料组成按重量份计为：A组分包括二异氰酸酯单体23
‑
36份，聚合物多元醇树脂14
‑
23份，稀释剂31
‑
63份；B组分包括聚合物多元醇树脂20
‑
35份，二胺扩链剂14
‑
28份，稀释剂37
‑
66份；C组分包括功能化碳点2
‑
8份，分散剂2
‑
8份，稀释剂2
‑
10份。
[0009]优选的，上述原料组分的用量为：A组分包括二异氰酸酯单体26
‑
33份，聚合物多元醇树脂16
‑
21份，稀释剂46
‑
58份；B组分包括聚合物多元醇树脂23
‑
31份，二胺扩链剂17
‑
24份，稀释剂45
‑
60份；C组分包括功能化碳点3
‑
5份，分散剂3
‑
5份，稀释剂4
‑
6份。
[0010]上述采用的功能化碳点，其具体制备工艺可以参考下述现有技术：“Li S, Du F, Lin Y, et al. Excellent anti
‑
corrosion performance of epoxy composite coatings filled with novel N
‑
doped carbon nanodots[J]. European Polymer Journal, 2022, 163: 110957”，举例而言，其制备步骤为：（1）将柠檬酸与尿素按照质量比为1:（0.5
‑
2）在50℃条件下完全溶解在N,N
‑
二甲基甲酰胺或N,N
‑
二甲基乙酰胺中，柠檬酸与尿素混合物浓度为0.1
‑
0.5g/ml；（2）将上述溶液倒入反应釜中150
‑
180℃烘箱加热反应4
‑
8h，反应结束后，立即放到0℃环境中降温至25℃；（3）将反应产物进行离心沉淀，离心转速18000r/min
‑
22000r/min，离心温度维持在5℃，离心45
‑
60min；（4）取离心沉淀产物用去离子水进行洗涤，再次进行离心沉淀，离心转速18000r/min
‑
22000r/min，离心温度维持在5℃，离心45
‑
60min；将上述步骤再重复至少一遍；（5）将离心沉淀产物
‑
15℃冷冻24
‑
48h，然后用冷冻干燥机干燥24
‑
48h，得到干燥粉末状的功能化碳点。
[0011]上述方法制备获得的碳点表面含有大量的活性基团，例如胺基、羟基和酰胺基，将功能化碳点以固体形式直接加入到聚氨酯脲中，功能化碳点非常容易通过其表面活性基团之间的氢键作用形成团聚，难以保证其均匀分散在聚氨酯脲基体中，而上述制备方法通过冷冻干燥的方式有助于保持功能化碳点在固体状态下的结构和稳定性，可以保持功能化碳点在稀释剂中的分散性。
[0012]除此之外，所述二异氰酸酯单体为二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯和1,4
‑
环己烷二异氰酸酯中的至少一种；其中优选二苯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有自修复性能的功能化碳点聚氨酯脲复合海洋防腐涂料，其特征在于，原料组成按重量份计为：A组分二异氰酸酯单体23
‑
36份，聚合物多元醇树脂14
‑
23份，稀释剂31
‑
63份；B组分聚合物多元醇树脂20
‑
35份，二胺扩链剂14
‑
28份，稀释剂37
‑
66份；C组分功能化碳点2
‑
8份，分散剂2
‑
8份，稀释剂2
‑
10份；所述功能化碳点制备步骤为：（1）将柠檬酸与尿素按照质量比为1:（0.5
‑
2）在50℃条件下完全溶解在N,N
‑
二甲基甲酰胺或N,N
‑
二甲基乙酰胺中，柠檬酸与尿素混合物浓度为0.1
‑
0.5g/ml；（2）将上述溶液倒入反应釜中150
‑
180℃烘箱加热反应4
‑
8h，反应结束后，立即放到0℃环境中降温至25℃；（3）将反应产物进行离心沉淀，离心转速18000r/min
‑
22000r/min，离心温度维持在5℃，离心45
‑
60min；（4）取离心沉淀产物用去离子水进行洗涤，再次进行离心沉淀，离心转速18000r/min
‑
22000r/min，离心温度维持在5℃，离心45
‑
60min；将上述步骤再重复至少一遍；（5）将离心沉淀产物
‑
15℃冷冻24
‑
48h，然后用冷冻干燥机干燥24
‑
48h，得到干燥粉末状的功能化碳点。2.根据权利要求1所述复合海洋防腐涂料，其特征在于，原料组成按重量份计为：A组分二异氰酸酯单体26
‑
33份，聚合物多元醇树脂16
‑
21份，稀释剂46
‑
58份；B组分聚合物多元醇树脂23
‑
31份，二胺扩链剂17
‑
24份，稀释剂45
‑
60份；C组分功能化碳点3
‑
5份，分散剂3
‑
5份，稀释剂4
‑
6份。3.根据权利要求1或2所述复合海洋防腐涂料，其特征在于：所述二异氰酸酯单体为二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯和1,4
‑
环己烷二异氰酸酯中的至少一种。4.根据权利要求1或2所述复合海洋防腐涂料，其特征在于：所述聚合物多元醇树脂为聚四氢呋喃二醇、聚己二酸
‑
1,4
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丁二醇酯醇、聚己内酯二醇、聚乙二醇、聚碳酸酯二醇、聚己二酸
‑
1 ,6
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己二醇酯二醇中的至少一种，分子量在1000
‑
3000，其含水量≤0.1wt%。5.根据权利要求1或2所述复合海洋...

【专利技术属性】
技术研发人员：李少香，刘猛，刘来运，李光俊，
申请(专利权)人：山东孚日宣威新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：