CN102453428B - 一种室温固化超疏油聚氨酯涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种室温固化超疏油性聚氨酯涂料。涂料的重量份数由聚氨酯预聚物10-40份、全氟烷基化碳纳米管1-15份、聚乙二醇3-20份、全氟烷基甲醇5-10份以及有机溶剂40-70份组成。本发明的油水不粘性能且可以在多种基底上实施，可以作为液体输送管道材料、各类船舶或水下潜艇表面以及多种设施表面。
Description
技术领域
本发明涉及一种室温固化超疏油性聚氨酯涂料。
背景技术
浸润性是固体表面的一个重要特征，而具有超疏油性的表面在工农业生产和日常生活中都有着极其广阔的应用价值，例如，它可以用来防污染、防油、抗氧化等。因此，近年来，构建超疏油固体表面的研究引起了科研人员的广泛关注并取得了一定的进展。
目前，制备超疏油表面的方法主要是先构建具有特殊粗糙结构的固体表面，然后再用低表面能物质如氟化合物对固体表面进行修饰。如中国发明专利(申请号：01110291.8)于高温下制备了一些纳米管薄膜，经氟硅烷等低表面能物质修饰处理后具有超疏油性。中国发明专利(专利申请号：200810102691.0)采用全氟烷基脂肪酸直接与金属表面反应的方法在金属表面制备了有良好防腐性能的超疏油性的自清洁表面。中国发明专利(专利申请号：02106360.5)揭露了一种在常温真空下利用高能电源产生的电场激活含碳的烃类物质中碳原子及含氟的气态物质按照所需的结构生产氟碳纳米膜材料，从而使材料达到疏油效果。我们也揭露了一种铝基超疏油表面，专利申请号分别为CN200810183392.4。但是上述的这些方法对基底本身要求很高，都是在特定基底(如特定金属铝、钛等)上才能制备超双疏表面，而且有些还需要高温高压等比较苛刻的条件，这些都会消耗大量的能源，使材料制造成本高昂，即不环保也不经济，再者，这些超疏油表面多数都需要两步甚至更多才能达到超疏油性能，其可操作性能亦不佳。
涂层作为一种方便有效的表面修饰技术，已经应用到我们日常生活、生产活动的方方面面。聚氨酯具有良好的机械强度和柔韧性，与基底结合强度好，且化学和物理稳定性十分优异，已经被广泛应用于油漆、涂料、制造以及生物医药等各行各业。另外，聚氨酯涂层在室温下即可固化成型，因此，开发聚氨酯基超疏油涂料和涂层将能有效提高涂层的施工性能、稳定性能、耐久性能等。
发明内容
本发明提供一种室温固化超疏油聚氨酯涂料。
一种室温固化超疏油聚氨酯涂料，其特征在于涂料的重量份数由聚氨酯预聚物10-40份、全氟烷基化碳纳米管1-15份、聚乙二醇3-20份、全氟烷基甲醇5-10份以及有机溶剂40-70份组成，所述的有机溶剂为丙酮和甲苯的混合溶液。
本发明采用的聚氨酯预聚物的分子量为1000-3000，-NCO含量为5％-10％。
本发明所述的全氟烷基甲醇结构式为CF3(CF2)nCH2OH，其中n代表5至10的整数。
全氟烷基化碳纳米管的制备，按下列顺序进行：
A将直径20-100nm，长度1-500μm的碳纳米管浸泡于体积比为3比1的硫酸和硝酸溶液中，搅拌进行酸化处理，处理完后的碳纳米管经过抽滤后用水洗涤至中性；
B酸化后的碳纳米管在SOCl2加热回流进行酰化处理，抽滤后用无水四氢呋喃洗去多余的后，真空干燥；
C酰化后的碳纳米管置于全氟烷基甲醇溶液中，搅拌进行酯化反应，所得碳纳米管经四氢呋喃洗去未反应的全氟烷基甲醇后干燥得到全氟烷基化碳纳米管。
本发明的涂料在1-2大气压力下进行喷涂，所得涂层室温下固化24-48小时后即得具有超疏油性的涂层。
本发明能在玻璃、陶瓷、纸张、金属及有机塑料等多种基底上制备具有超疏油性能的涂层。
本发明所述的涂层及制备具有如下优点：
1、涂层制备工艺简单。涂层采用喷涂法制备，且涂层后固化于室温下即可进行，方法简便易行。
2、本发明制备的涂层与二碘甲烷、正十六烷、乙二醇、丙三醇、离子液体以及多种润滑油的静态接触角都大于150°，具有超疏油性。
本发明的油水不粘性能且可以在多种基底上实施，可以作为液体输送管道材料、各类船舶或水下潜艇表面以及多种设施表面。
附图说明
图1为实施例1的聚氨酯/碳纳米管涂层表面的打描电子显微镜照片。
图2为实施例1的正十六烷、丙三醇、乙二醇、离子液体在聚氨酯/碳纳米管涂层表面的静态接触角照片。
具体实施方式
实施例1：
碳纳米管全氟烷基化处理，处理步骤为：1)将3g直径为40-60nm的碳纳米管浸泡于100mL体积比为3/1的硫酸/硝酸溶液中，室温下搅拌24小时进行酸化处理，处理完后的碳纳米管经抽滤后用水洗涤至中性；(2)1g酸化后的碳纳米管在50mL SOCl2中加热回流24小时进行酰化处理，抽滤后用无水四氢呋喃洗去多余的后，真空干燥3小时；(3)0.5g酰化后的碳纳米管置于20g全氟辛基甲醇溶液中，搅拌加热24小时进行酯化反应，所得碳纳米管经甲氢呋喃洗去未反应的全氟辛基甲醇后干燥得到全氟烷基化碳纳米管备用。
将聚氨酯预聚物10g，全氟辛基化碳纳米管1g，全氟辛基甲醇1g和聚乙二醇4002g混合，然后加入40g体积比为4/1的丙酮/甲苯混合溶剂，搅拌均匀，在压力为1.5大气压下用喷枪将其喷涂于载玻片上，涂层厚度可通过喷枪与载玻片的距离以及喷涂量进行调节，可以得到厚度从20μm到3mm厚度的复合涂层。
.室温下经48小时静置固化可得超疏油性聚氨酯/碳纳米管复合涂层。
涂层表面的电子显微镜照片如图1所示；正十六烷、丙三醇、乙二醇、离子液体在聚氨酯/碳纳米管涂层表面的静态接触角照片如图2所示。
实施例2：
碳纳米管全氟烷基化处理，处理步骤为：1)将3g直径为20-40nm的碳纳米管浸泡于100mL体积比为3/1的硫酸/硝酸溶液中，室温下搅拌24小时进行酸化处理，处理完后的碳纳米管经抽滤后用水洗涤至中性；(2)1g酸化后的碳纳米管在50mL SOCl2中加热回流24小时进行酰化处理，抽滤后用无水四氢呋喃洗去多余的后，真空干燥3小时；(3)0.5g酰化后的碳纳米管置于20g全氟辛基甲醇溶液中，搅拌加热24小时进行酯化反应，所得碳纳米管经四氢呋喃洗去未反应的全氟辛基甲醇后干燥得到全氟烷基化碳纳米管备用。
将聚氨酯预聚物10g，全氟辛基化碳纳米管1g，全氟辛基甲醇1g和聚乙二醇4002g混合，然后加入40g体积比为4/1的丙酮/甲苯混合溶剂，搅拌均匀，在压力为1.5大气压下用喷枪将其喷涂于载玻片上，涂层厚度可通过喷枪与载玻片的距离以及喷涂量进行调节，可以得到厚度从20μm到3mm厚度的复合涂层。
室温下经48小时静置固化可得超疏油性聚氨酯/碳纳米管复合涂层。
实施例3：
碳纳米管全氟烷基化处理，处理步骤为：1)将3g直径为40-60nm的碳纳米管浸泡于100mL体积比为3/1的硫酸/硝酸溶液中，室温下搅拌24小时进行酸化处理，处理完后的碳纳米管经抽滤后用水洗涤至中性；(2)1g酸化后的碳纳米管在50mL SOCl2中加热回流24小时进行酰化处理，抽滤后用无水四氢呋喃洗去多余的后，真空干燥3小时；(3)0.5g酰化后的碳纳米管置于20g全氟辛基甲醇溶液中，搅拌加热24小时进行酯化反应，所得碳纳米管经四氢呋喃洗去未反应的全氟辛基甲醇后干燥得到全氟癸基化碳纳米管备用。
将聚氨酯预聚物10g，全氟癸基化碳纳米管2g，全氟辛基甲醇1g和聚乙二醇4002g混合，然后加入40g体积比为4/1的丙酮/甲苯混合溶剂，搅拌均匀，在压力为1.5大气压下用喷枪将其喷涂于载玻片上，涂层厚度可通过喷枪与载玻片的距离以及喷涂量进行调节，可以得到厚度从20um到3mm厚度的复合涂层。
室温下经48小时静置固化可得超疏油性聚氨酯/碳纳米管复合涂层。
实施例4：
碳纳米管全氟烷基化处理，处理步骤为：1)将3g直径为40-60nm的碳纳米管浸泡于100mL体积比为3/1的硫酸/硝酸溶液中，室温下搅拌24小时进行酸化处理，处理完后的碳纳米管经抽滤后用水洗涤至中性；(2)1g酸化后的碳纳米管在50mL SOCl2中加热回流24小时进行酰化处理，抽滤后用无水四氢呋喃洗去多余的后，真空干燥3小时；(3)0.5g酰化后的碳纳米管置于20g全氟癸基甲醇溶液中，搅拌加热24小时进行酯化反应，所得碳纳米管经甲氢呋喃洗去未反应的全氟辛基甲醇后干燥得到全氟癸基化碳纳米管备用。
将聚氨酯预聚物10g，全氟癸基化碳纳米管1g，全氟辛基甲醇1g和聚乙二醇-4002g混合，然后加入40g体积比为4/1的丙酮/甲苯混合溶剂，搅拌均匀，在压力为1.5大气压下用喷枪将其喷涂于载玻片上，涂层厚度可通过喷枪与载玻片的距离以及喷涂量进行调节，可以得到厚度从20μm到3mm厚度的复合涂层。
室温下经48小时静置固化可得超疏油性聚氨酯/碳纳米管复合涂层。
Claims (2)
1.一种室温固化超疏油聚氨酯涂料，其特征在于涂料的重量份数由聚氨酯预聚物10-40份、全氟烷基化碳纳米管1-15份、聚乙二醇3-20份、全氟烷基甲醇5-10份以及有机溶剂40-70份组成，所述的有机溶剂为丙酮和甲苯的混合溶液；所述的全氟烷基甲醇结构式为CF3(CF2)nCH2OH，其中n代表5至10的整数；所述全氟烷基化碳纳米管的制备，按下列顺序进行：
A、将直径20-100nm，长度1-500μm的碳纳米管浸泡于体积比为3比1的硫酸和硝酸溶液中，搅拌进行酸化处理，处理完后的碳纳米管经过抽滤后用水洗涤至中性；
B、酸化后的碳纳米管在SOCl2加热回流进行酰化处理，抽滤后用无水四氢呋喃洗去多余的后，真空干燥；
C、酰化后的碳纳米管置于全氟烷基甲醇溶液中，搅拌进行酯化反应，所得碳纳米管经四氢呋喃洗去未反应的全氟烷基甲醇后干燥得到全氟烷基化碳纳米管。
2.如权利要求1所述的涂料，其特征在于聚氨酯预聚物的分子量为1000-3000，-NCO含量为5％-10％。
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