CN103743695B

CN103743695B - 一种连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法

Info

Publication number: CN103743695B
Application number: CN201310411346.6A
Authority: CN
Inventors: 陈凯锋; 王胜龙; 吴波
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2017-01-04
Anticipated expiration: 2033-09-11
Also published as: CN103743695A

Abstract

一种连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，涉及一种检测方法，所述方法包括制备改性异氰酸酯聚合物溶液、刷涂改性异氰酸酯聚合物溶液、超声波清洗、分析连接漆/防污漆有机涂层界面中的化学产物、分析有机涂层界面化学反应产物的特征元素表征和分析有机涂层界面化学键合的几率表征，由上述步骤对连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合进行检测；本发明不但能检测液/固界面的化学键合的几率，且延长了防污涂层体系的使用寿命，具有较高的经济效益，本发明检测方式简单、快速高效、评价准确，且对理论研究具有指导意义。

Description

一种连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法

【技术领域】

本发明涉及一种检测方法，具体涉及一种有机涂层界面化学键合的检测方法，尤其是涉及一种连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法。

【背景技术】

公知的，在金属界面、陶瓷界面和复合材料领域均涉及到界面化学键合的研究，目前研究金属界面化学键合是利用改性环氧与金属表面形成化学键合，从而提高有机涂层在金属基材表面的附着力，但键合形式仍停留在红外谱图表征上，无法检测键合几率；经过检索发现公开的专利文献涉及界面化学键合的研究，在陶瓷界面研究方面，美国专利CN101496112，2009.7.29 公开了利用冷烧结的方法形成了化学键合的氧化物-磷酸盐陶瓷水泥基体，但没有指出其化学键合几率的检测方法；在复合材料界面研究方面（纤维复合材料，2000.01期，高强聚乙烯纤维增强复合材料界面的研究-多官能团化合物在界面中的化学键和作用），余木火等人利用重铬酸钾氧化后的聚乙烯纤维表面上的羧基为反应点，引入多官能团的胺类醇类化合物，通过采用FTIR光谱、官能团定量分析法证明了氧化反应和多官能团化合物在纤维表面的存在，但也没有给出多官能团化合物在纤维表面的接枝率；在有机涂层界面方面，尤其是在防污/连接漆涂层界面利用化学键合提高层间附着力，且界面处参与反应的化学键的键合几率的检测方法未见公开报道。

通常用到的防污涂料一般采用聚酯类水解型树脂作为基料，其组分中含有-NCO活性基团，利用氰酸酯对环氧丙烯酸酯改性，通过-NCO活性基团与环氧丙烯酸酯侧链-OH发生化学反应，因此，富含活性羟基的连接涂层能与聚酯类水解型的防污涂层发生化学键合，从而提高层间附着力，实现涂层间的牢固结合；经过检索发现公开的专利文献涉及异氰酸酯的改性方法中，法国专利CN1688662公开了通过三异氰酸酯的异氰酸酯基团与脂肪链的端官能团反应，制备了含有至少15个碳原子的脂肪侧链的改性异氰酸酯；中国专利CN101948409A公开了利用甲基丙烯酸羟乙酯，异佛尔酮二异氰酸酯，对苯二酚，二月桂酸二丁基锡等通过缩合反应制备了甲基丙烯酸羟乙酯改性异佛尔酮二异氰酸酯；美国专利CN101367907公开了一种脲基甲酸酯改性的二苯基甲烷二异氰酸酯；但是利用医药中间体6-羟基-1,3-苯唑硫醇-2酮改性二异氰酸酯的方法未见公开报道；虽然采用氰酸酯对环氧丙烯酸酯改性的方法，能使富含活性羟基的连接涂层能与聚酯类水解型的防污涂层发生化学键合，但是在有机涂层界面发生的化学反应极难检测，不但难以找出键合界面，而且无法证明该界面已发生化学键合。

【发明内容】

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，所述的检测方法通过采用含S元素的活性单体、二异氰酸酯单体、引发剂及溶剂为改性异氰酸酯聚合物原料，将制备出的改性异氰酸酯聚合物用甲基丁酮稀释为稀溶液，涂刷在有机涂层的表面，经过真空搁置和超声波清洗，使改性异氰酸酯聚合物具有-NCO活性基团，所述改性异氰酸酯聚合物与连接涂层表面含有Si元素的活性羟基反应，反应产物经红外谱图和X射线能谱分析，证明界面残留有S元素，通过S/Si的元素比值获得界面化学键合几率；本发明不但能检测液/固界面的化学键合的几率，且延长了防污涂层体系的使用寿命，具有较高的经济效益，本发明检测方式简单、快速高效、评价准确，且对理论研究具有指导意义。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，所述方法包括制备改性异氰酸酯聚合物溶液、刷涂改性异氰酸酯聚合物溶液、超声波清洗、分析连接漆/防污漆有机涂层界面中的化学产物、分析有机涂层界面化学反应产物的特征元素表征和分析有机涂层界面化学键合的几率表征，具体操作步骤如下：

1）制备改性异氰酸酯聚合物溶液：

准备含特征元素S元素的活性单体、二异氰酸酯单体、引发剂及溶剂为改性异氰酸酯聚合物的原料，在制备出的改性异氰酸酯聚合物中加入甲基丁酮，获取改性异氰酸酯聚合物溶液；

2）刷涂改性异氰酸酯聚合物溶液：

接上一步骤，将获取的改性异氰酸酯聚合物溶液在连接漆/防污漆有机涂层的表面刷涂一道，之后放入真空箱中，使改性异氰酸酯聚合物溶液与连接漆/防污漆有机涂层发生化学反应，在真空箱中放置24小时后取出；

3）超声波清洗：

接上一步骤，将表面刷涂有改性异氰酸酯聚合物溶液的连接漆/防污漆有机涂层取出后放入超纯水中，将连接漆/防污漆有机涂层界面中未反应的合成产物在超纯水中进行超声波清洗，清洗后超声1小时后取出烘干；

4）分析连接漆/防污漆有机涂层界面中的化学产物：

接上一步骤，将烘干后的连接漆/防污漆有机涂层采用傅里叶红外谱图分析法分析有机涂层界面中的化学产物；

5）分析有机涂层界面化学反应产物的特征元素表征：

接上一步骤，将烘干后的连接漆/防污漆有机涂层采用X射线能谱分析法分析有机涂层界面化学反应产物的特征元素表征。

6）分析有机涂层界面化学键合的几率表征：

接上一步骤，将有机涂层中含特征元素S元素的活性单体与二异氰酸酯单体的比值在有机涂层界面处单位面积上的数值作为有机涂层界面的化学键合几率，由上述步骤完成对连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测。

所述的连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，所述步骤1中含特征元素S元素的活性单体包括6-羟基-1、3-苯唑硫醇-2酮、2-羟基苯唑三氟化物和羟基氟碳树脂，所述含特征元素S元素的活性单体为6-羟基-1、3-苯唑硫醇-2酮或2-羟基苯唑三氟化物中的任一一种含特征元素S或F的单体或两种的组合物。

所述的连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，所述步骤1中二异氰酸酯单体包括己二异氰酸酯、对苯二亚甲基异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和二苯甲烷二异氰酸酯，所述二异氰酸酯单体为己二异氰酸酯、对苯二亚甲基异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的任一一种或两种以上的组合物。

所述的连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，在步骤2中所述有机涂层发生化学反应的环境为真空环境，所述真空环境的真空度>0.8Pa。

所述的连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，在步骤3中所述的连接漆/防污漆有机涂层界面中未反应的合成产物进行超声波清洗，超声波清洗的时间>30min。

所述的连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，所述连接漆/防污漆有机涂层界面中未反应的合成产物在超纯水或离子水中进行超声波清洗。

所述的连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，所述傅里叶红外谱图分析法为ATR-FTIR分析法。

所述的连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，所述X射线能谱分析法为EDX元素分析法。

所述的连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，所述有机涂层界面的化学键合几率为单位面积上S/Si的比值。

所述的连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，所述改性异氰酸酯聚合物的存储条件为冷酷存储或冰箱存储。

由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明所述的连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，所述的检测方法通过采用含S元素的活性单体、二异氰酸酯单体、引发剂及溶剂为改性异氰酸酯聚合物原料，将制备出的改性异氰酸酯聚合物用甲基丁酮稀释为改性异氰酸酯聚合物溶液，涂刷在有机涂层的表面，经过真空搁置和超声波清洗，使改性异氰酸酯聚合物具有-NCO活性基团，所述改性异氰酸酯聚合物与连接涂层表面含有Si元素的活性羟基反应，反应产物经红外谱图和X射线能谱分析，证明界面残留有S元素，通过S/Si的元素比值获得界面化学键合几率；本发明不但能检测液/固界面的化学键合的几率，且延长了防污涂层体系的使用寿命，具有较高的经济效益，本发明检测方式简单、快速高效、评价准确，且对理论研究具有指导意义。

【附图说明】

图1是本发明的改性异氰酸酯聚合物与苯唑硫醇酮的FTIR谱图对比分析图；

图2是本发明的改性异氰酸酯聚合物与己二异氰酸酯的FTIR谱图对比分析图；

图3是本发明的有机涂层界面反应产物与异氰酸酯封端产物的ATR-FTIR谱图对比分析；

图4是本发明的有机涂层界面化学键合前的SEM图；

图5是本发明的有机涂层界面化学键合后的SEM图；

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局限于下面的实施例：

结合附图1-5所述的连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，所述方法包括制备连接漆/防污漆有机涂层、刷涂甲基丁酮、超声波清洗、分析连接漆/防污漆有机涂层界面中的化学产物、分析有机涂层界面化学反应产物的特征元素表征和分析有机涂层界面化学键合的几率表征，具体操作步骤如下：

1）制备改性异氰酸酯聚合物溶液：

准备含特征元素S元素的活性单体、二异氰酸酯单体、引发剂及溶剂为改性异氰酸酯聚合物的原料，在制备出的改性异氰酸酯聚合物中加入甲基丁酮，获取改性异氰酸酯聚合物溶液；所述含特征元素S元素的活性单体包括6-羟基-1、3-苯唑硫醇-2酮、2-羟基苯唑三氟化物和羟基氟碳树脂，所述含特征元素S元素的活性单体为6-羟基-1、3-苯唑硫醇-2酮或2-羟基苯唑三氟化物中的任一一种含特征元素S或F的单体或两种的组合物；所述二异氰酸酯单体包括己二异氰酸酯、对苯二亚甲基异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和二苯甲烷二异氰酸酯，所述二异氰酸酯单体为己二异氰酸酯、对苯二亚甲基异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的任一一种或两种以上的组合物；所述改性异氰酸酯聚合物的存储条件为冷酷存储或冰箱存储；如图1和图2所示，在图1和图2中，上部红外谱图为合成产物，下部为所用的原材料，由图1和图2图可知，苯唑硫醇酮已与异氰酸酯反应，产物中出现了异氰酸根（2262cm^-1）的特征峰，证明异氰酸酯一端的异氰酸根仍然存在；2859cm^-1和2934cm^-1为亚甲基的振动峰；3332cm^-1为仲氨基的振动峰；而1700cm^-1为苯唑硫醇酮上羰基的振动峰；

2）刷涂改性异氰酸酯聚合物溶液：

接上一步骤，将获取的改性异氰酸酯聚合物溶液快速在连接漆/防污漆有机涂层的表面刷涂一道，之后放入真空箱中，使改性异氰酸酯聚合物溶液与连接漆/防污漆有机涂层发生化学反应，在真空箱中放置24小时后取出；所述有机涂层发生化学反应的环境为真空环境，所述真空环境的真空度>0.8Pa；

3）超声波清洗：

接上一步骤，将表面刷涂有改性异氰酸酯聚合物溶液的连接漆/防污漆有机涂层取出后放入超纯水或离子水中，将连接漆/防污漆有机涂层界面中未反应的合成产物在超纯水中进行超声波清洗，清洗后超声1小时后取出烘干；所述超声波清洗的时间>30min；

4）分析连接漆/防污漆有机涂层界面中的化学产物：

接上一步骤，将烘干后的连接漆/防污漆有机涂层采用傅里叶红外谱图分析法分析有机涂层界面中的化学产物；所述傅里叶红外谱图分析法为ATR-FTIR分析法；如图3所示，在图3中上部为界面反应产物，下部为异氰酸酯封端产物，由图3中异氰酸酯封端产物与羟基丙烯酸反应物的红外对比谱图可以看出，2262cm-1 处的-NCO基团基本消失，异氰酸酯预聚体与界面处羟基发生反应；

5）分析有机涂层界面化学反应产物的特征元素表征：

接上一步骤，将烘干后的连接漆/防污漆有机涂层采用X射线能谱分析法分析有机涂层界面化学反应产物的特征元素表征；所述X射线能谱分析法为EDX元素分析法；如图4为有机涂层界面化学键合前的SEM图，图5为有机涂层界面化学键合后的SEM图；

6）分析有机涂层界面化学键合的几率表征：

接上一步骤，将有机涂层中含特征元素S元素的活性单体与二异氰酸酯单体的比值在有机涂层界面处单位面积上的数值作为有机涂层界面的化学键合几率，由上述步骤完成对连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测；所述有机涂层界面的化学键合几率为单位面积上S/Si的比值；如图3所示，经X射线能谱分析并计算获得，有机涂层界面单位面积上S/Si比值对应反应摩尔数占比为 2.8×10^-6mol/mm²。

实施例1

将4.8%的苯唑硫醇酮、5.2%的六亚甲基二异氰酸酯、0.1%的引发剂和89.9%的溶剂，制备出改性异氰酸酯聚合物，在制备出的改性异氰酸酯聚合物中加入甲基丁酮，配制所合成的异氰酸酯预聚物浓度为10%的溶液，刷涂于连接涂层表面，经红外谱图分析仍具有-NCO活性基团存在；与连接漆涂层表面的羟基反应后，经X射线能谱分析并计算可得，界面单位面积上S/Si比值对应反应摩尔数占比为 2.8×10^-6mol/mm²。

实施例2

将9.8%的苯唑硫醇酮、10.2%六亚甲基二异氰酸酯、0.1%的引发剂和79.9%溶剂，制备出改性异氰酸酯聚合物，在制备出的改性异氰酸酯聚合物中加入甲基丁酮，配制所合成的异氰酸酯预聚物浓度为20%的溶液，刷涂于连接涂层表面，经红外谱图分析仍具有-NCO活性基团存在；与连接漆涂层表面的羟基反应后，经X射线能谱分析并计算可得，界面单位面积上S/Si比值对应反应摩尔数占比为 1.9×10^-6mol/mm²。

实施例3

将14.6%的苯唑硫醇酮、15.4%六亚甲基二异氰酸酯、0.1%的引发剂和69.9%溶剂，制备出改性异氰酸酯聚合物，在制备出的改性异氰酸酯聚合物中加入甲基丁酮，配制所合成的异氰酸酯预聚物浓度为30%的溶液，刷涂于连接涂层表面，经红外谱图分析仍具有-NCO活性基团存在；与连接漆涂层表面的羟基反应后，经X射线能谱分析并计算可得，界面单位面积上S/Si比值对应反应摩尔数占比为 3.2×10^-6mol/mm²。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims

1.一种连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，所述方法包括制备改性异氰酸酯聚合物溶液、刷涂改性异氰酸酯聚合物溶液、超声波清洗、分析连接漆/防污漆有机涂层界面中的化学产物、分析有机涂层界面化学反应产物的特征元素表征和分析有机涂层界面化学键合的几率表征，其特征是：具体操作步骤如下：

1）制备改性异氰酸酯聚合物溶液：

准备6-羟基-1，3-苯唑硫醇-2酮、二异氰酸酯单体、引发剂及溶剂为改性异氰酸酯聚合物的原料，在制备出的改性异氰酸酯聚合物中加入甲基丁酮，获取改性异氰酸酯聚合物溶液；

2）刷涂改性异氰酸酯聚合物溶液：

接上一步骤，将获取的改性异氰酸酯聚合物溶液在含有Si元素活性羟基的连接漆有机涂层的表面刷涂一道，之后放入真空箱中，使改性异氰酸酯聚合物溶液与含有Si元素活性羟基的连接漆有机涂层发生化学反应，在真空箱中放置24小时后取出；

3）超声波清洗：

接上一步骤，将表面刷涂有改性异氰酸酯聚合物溶液的含有Si元素活性羟基的连接漆有机涂层取出后放入超纯水中，将含有Si元素活性羟基的连接漆/防污漆有机涂层界面中未反应的合成产物在超纯水中进行超声波清洗，清洗后超声1小时后取出烘干；

4）分析连接漆/防污漆有机涂层界面中的化学产物：

接上一步骤，将烘干后的含有Si元素活性羟基连接漆/防污漆有机涂层采用傅里叶红外谱图分析法分析有机涂层界面中的化学产物；

5）分析有机涂层界面化学反应产物的特征元素表征：

接上一步骤，将烘干后的含有Si元素活性羟基的连接漆/防污漆有机涂层采用X射线能谱分析法分析有机涂层界面化学反应产物的特征元素表征；

6）分析有机涂层界面化学键合的几率表征：

接上一步骤，将有机涂层界面中含特征元素S元素与Si元素的比值在有机涂层界面处单位面积上的数值作为有机涂层界面的化学键合几率，由上述步骤完成对含有Si元素活性羟基的连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测。

2.根据权利要求1所述的连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，其特征是：所述步骤1中二异氰酸酯单体为己二异氰酸酯、对苯二亚甲基异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的任一一种或两种以上的组合物。

3.根据权利要求1所述的连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，其特征是：在步骤2中所述有机涂层发生化学反应的环境为真空环境，所述真空环境的真空度>0.8Pa。

4.根据权利要求1所述的连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，其特征是：在步骤3中所述的连接漆/防污漆有机涂层界面中未反应的合成产物进行超声波清洗，超声波清洗的时间>30min。

5.根据权利要求1所述的连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，其特征是：所述傅里叶红外谱图分析法为ATR-FTIR分析法。

6.根据权利要求1所述的连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，其特征是：所述X射线能谱分析法为EDX元素分析法。

7.根据权利要求1所述的连接漆/防污漆有机涂层界面化学键合的检测方法，其特征是：所述改性异氰酸酯聚合物的存储条件为冷库存储或冰箱存储。