一种氟化聚氨酯纳米复合材料及其制备制造技术

本发明专利技术涉及一种氟化聚氨酯纳米复合材料及其制备。本发明专利技术还在制备过程中将缩聚共聚法和通氟超声波分散技术相结合，在缩聚共聚过程中均相添加并复合纳米氧化铝和纳米碳化硅，从而获得纳米颗粒增强的氟化聚氨酯纳米复合材料。通过将其喷涂在基体上成膜，干燥固化，得到表面具有微米／纳米的双重结构的疏水疏油耐磨、耐冲蚀功能涂层材料。该方法制备的涂层材料既具有疏水和疏油性能，又具有满足在超重力或高速冲击使用条件下的耐热、抗蚀、耐磨损特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无机纳米颗粒增强的氟化聚氨酯疏水疏油耐磨蚀涂层复合材料及其制备 技术，特别是该方法制备的涂层材料既具有疏水和疏油性能，又具满足在超重力或高速冲击 使用条件下的耐热、抗蚀、耐磨损等性能，特别适用于超重力反应器金属填料表面和耐冲击 磨损、腐蚀的机械、石油、化工管道系统表面处理。
技术介绍
超重力技术研发自英国帝国化学工业公司(ICI公司)于1983年开发成功高强度气-液传 质设备Higee (High-Gravity-Rotary Device)以来，引起了工业界的密切关注，迅速成为突 破传统反应器，在传质、传热方面具有突出优势的一项新技术。超重力反应器在运行过程中，由于受热环境和与物料的高速冲击接触，常常发生物料粘 滞、金属填料表面磨损和受热腐蚀。现有的含氟聚氨酯虽具有优良的疏水和疏油作用，能部 分缓解超重力反应器物料在填料表面的物料粘滞，但不能解决超重力反应器内金属填料表面 在与物料高速冲击接触下的受热腐蚀和磨损问题。金属填料表面的受热变形和冲击腐蚀造成 表面粗糙，更易导致物料粘滞，从而又反过来恶化腐蚀状况。极大地降低了超重力反应器金 属填料的使用寿命和重力反应器的传热、传质效率。
技术实现思路
为解决这些问题，在国家"863"课题"超重力反应器用金属填料表面疏水疏油处理技 术研发"资助下，成功研发了一种应用于超重力反应器金属填料表面的新型功能涂层材料。 即专利技术了一种无机纳米颗粒增强的氟化聚氨酯复合材料及其制备技术。该涂层材料既具有疏 水和疏油性能，又具有耐热、抗蚀、耐磨损等性能特点，解决了超重力反应器内金属填料的 受热腐蚀和磨损问题，有效地延长反应器使用寿命，并提高超重力反应器的传热传质效率。本专利技术的目的在于提供一种无机纳米颗粒增强的氟化聚氨酯疏水疏油耐磨蚀涂层纳米复 合材料及制备方法，所得的材料既具有疏水和疏油功能，又具有在超重力或高速冲击使用条 件下耐热、抗蚀、耐磨损特性，是一种可应用于超重力反应器以及耐冲击磨损、腐蚀的机械 、石油、化工管道系统的新型功能涂层材料。本专利技术从超重力反应器金属填料的物性和使用环境出发，通过科学设计，即在氟化 氨基甲酸酯(-N0-C00-)功能基团疏水疏油功能基础上，采用通氟超声波分散技术均相复合耐磨耐损、抗冲击性好的纳米氧化铝、纳米碳化硅颗粒，合成本专利技术多功能复合新型涂层材 料抓无机纳米颗粒增强的氟化聚氨酯复合材料。该专利技术所涉及的氟化配方、纳米颗粒均相分 散技术、多功能材料复合材料及制备方法具有科学性、创新性，迄今未见报道。 本专利技术所采用的技术方案 一种氟化聚氨酯复合材料，原料包括亲水性聚醚多元醇、脂肪族二异氰酸酯、含氟一 元醇、扩链剂、纳米氧化铝和纳米碳化硅；所述的二异氰酸酯的-NCO基与亲水性聚醚多元醇 的-OH基的摩尔比为l: 0.5-0.95;所述的二异氰酸酯与扩链剂的摩尔比为l: 0.5-1;所述的 二异氰酸酯与含氟一元醇的摩尔比为l: 0.1-0.5;纳米氧化铝、纳米碳化硅分别在喷涂固化成膜的氟化聚氨酯复合材料的重量含量为2-5%、 10-15% 。本专利技术的制备为将亲水性聚醚多元醇，脂肪族二异氰酸酯、含氟一元醇两种中一种成分混合，将所得混合液在氮气保护下放入反应釜内，在55-65°C，加入脂肪族二异氰酸酯、 含氟一元醇两种中余下成分和溶剂，95-105。C下搅拌2-4小时，加入扩链剂、催化剂以及经 通氟超声波分散的纳米氧化铝和纳米碳化硅的乙醇溶液，搅拌l-2小时，50-10(TC下继续反 应O. 5-l小时，得到氟化聚氨酯纳米复合材料。所述的脂肪族二异氰酸酯的-NCO基与聚醚多元醇的-OH基的摩尔比为l: 0.5-0.95;所述的脂肪族二异氰酸酯与扩链剂的摩尔比为l: 0. 5-1;所述的脂肪族二异氰酸酯与含氟一元醇的摩尔比为l: 0. 1-0. 5。将上述材料涂覆在基体上成膜，干燥固化，得到表面具有微米/纳米的双重结构的功能 涂层。所述的亲水性聚醚多元醇分子量为200-4000。所述的亲水性聚醚多元醇为聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)、聚氧化乙烯一氧化丙烯二醇。聚乙二醇分子式CH20H- (CH2CH20) n — CH20H。 聚丙二醇分子式HnOH。 聚氧化乙烯一氧化丙烯二醇HO (C2H40) m (C3H60) nH。 所述的含氟一元醇为全氟烷基乙醇、含杂原子的全氟烷基乙醇； 全氟烷基乙醇分子式C2F5 (CF2CF2) n CH2CH20H (n=2 6) 含杂原子的全氟烷基乙醇CF3 (CF2) n R CH2CH20H (R=0， S; n=5 13)。 所述的脂肪族二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、四亚甲基二异氰酸酯、六亚 甲基-l，6-二异氰酸酯(HDI) 、 二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)及其衍生物。所述的扩链剂为疏水性的长链聚醚二醇，所述聚醚二醇为分子量M二i.oxlcr5 1.ox io5，可以选自聚四氢呋喃均聚醚二醇、聚环氧丙烷二醇、聚环氧乙烷环氧丙烷共聚醚二醇 、四氢呋喃-环氧丙烷二元共聚醚二醇或四氢呋喃-环氧丙烷-环氧乙烷三元共聚醚二醇。所述的溶剂为醋酸乙酯、二甲苯、甲苯或其混合溶剂。所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡(DBTDL)或辛酸亚锡，其加入量为0.05 0. l毫升。所述的纳米氧化铝在氟化聚氨酯复合材料中的质量含量为2 5%;纳米碳化硅在氟化聚 氨酯复合材料中的质量含量为10 15%。所述通氟超声波分散是将纳米粉料纳米氧化铝和纳米碳化硅加入到乙醇溶液，在超声分 散的同时向含无机纳米颗粒的乙醇液中通入氟气，从而使无机纳米粒子均匀分散。在通氟气 条件下超声波分散时间优选40 — 60分钟。纳米氧化铝平均粒径为30 50nm的纳米粉体，纳米碳化硅平均粒径是40 70nm的纳米粉体。本专利技术技术特点和有益效果本专利技术所研制的氟化聚氨酯纳米复合材料中，全氟烷基链段位于共聚物的支链末端，成 膜时，全氟烷基链段易于移动到聚合物的表面，形成特有的氟碳凸触结构，使体系的表面能 降低，大大增加了聚合物的疏水性，加上在链段中间引入的亲水段(疏油段)本身具有的疏 油性，所以本专利技术的纳米颗粒增强氟化聚氨酯复合材料具有良好的疏水疏油性。本专利技术氟化聚氨酯纳米复合材料，通过将其喷涂在基体上成膜，干燥固化，可得到表面 具有微米/纳米的双重结构的疏水疏油耐磨耐蚀多功能涂层材料。另一方面，本专利技术材料的制备是将縮聚共聚法和通氟超声波分散相结合，在縮聚共聚过 程中均相添加并复合纳米氧化铝、纳米碳化硅，从而获得纳米颗粒增强的氟化聚氨酯纳米复 合材料。纳米粒子均匀分散在聚合物内，纳米颗粒不仅本身具备良好的耐磨、抗冲击性能， 而且纳米粒子表面物理交联吸附了许多大分子链，在超重力条件下承受物料旋转冲击的时具 有均匀分布载荷和传递应力的作用，从而有效减小涂膜表面局部所受到的冲击力、摩擦应力 和热应力，从而有效地实现超重力条件或高速冲击条件下的耐磨、耐冲蚀特性。本专利技术氟化聚氨酯纳米复合材料的制备是在縮聚共聚过程中均相复合纳米氧化铝、纳米 碳化硅，从而获得纳米颗粒增强的氟化聚氨酯纳米复合材料。而不是先縮聚共聚氟化聚氨酯 ，再将其与纳米颗粒共混复合。因此，纳米颗粒和氟化聚氨酯大分子链形成很好的复合界面 ，使得复合材料具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氟化聚氨酯纳米复合材料，其特征在于，原料包括：亲水性聚醚多元醇、脂肪族二异氰酸酯、含氟一元醇、扩链剂、纳米氧化铝和纳米碳化硅；所述的脂肪族二异氰酸酯的－ＮＣＯ基与亲水性聚醚多元醇的－ＯＨ基的摩尔比为１∶０．５－０．９５；所述的脂肪族二异氰酸酯与扩链剂的摩尔比为１∶０．５－１；所述的脂肪族二异氰酸酯与含氟一元醇的摩尔比为１∶０．１－０．５；纳米氧化铝、纳米碳化硅分别在喷涂固化成膜的氟化聚氨酯纳米复合材料的重量含量为２－５％、１０－１５％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何莉萍，傅长征，
申请(专利权)人：湖南大学，何莉萍，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]