CN104629602A - 一种抗磨损的聚硫超疏水涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抗磨损的聚硫超疏水涂层制备方法，制备方法采用以下二个步骤：1）预聚，合成得到聚硫聚氨酯预聚体溶液；将上述的聚硫聚氨酯预聚体溶液搅拌、滴加到二乙烯三胺的乙醇溶液中，扩链得到聚硫粉末橡胶分散液；2）将1）的聚硫粉末橡胶分散液与其他组分搅拌均匀得到喷涂液，喷涂于基体、固化，形成有序微凸结构的超疏水涂层。本技术方案的优点在于：1）应用广泛，该涂层可以适用于玻璃、金属、木材、陶瓷基体；2）涂层具有抗磨损性能；3）生产工艺无需高温环境，20℃下的温度环境即可实现，工艺对环境要求低；4）工艺简单，生产成本低，可室温固化，可加工大面积、异形试件表面，并可适用于室外施工等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚硫超疏水涂层的制备方法，属于涂料技术领域。
背景技术
超疏水涂层指与水滴接触角大于150°的涂层，超疏水涂层具有自清洁、防水、防冰雪粘覆功能，在日常生活、工业领域具有应用前景，超疏水涂层具有高度粗糙结构，超疏水表面遭受摩擦时，实际上由表面的微米或纳米微凸起承载压力与剪切作用，表面微凸所承载压强与剪切应力远远大于表观压强与剪切应力，从而导致表面粗糙结构因应力集中而损坏，最终导致超疏水功能失效。因此，超疏水表面在使用过程中易于遭受磨损而失效。
发明内容
本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、工艺简单、投资成本低、容易施工、工作性能优良的聚硫超疏水涂层的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种抗磨损的聚硫超疏水涂层的制备方法，其特征在于制备方法采用以下二个步骤：
1）将液体聚硫橡胶、甲苯二异氰酸酯和乙酸乙酯进行预聚，合成得到聚硫聚氨酯预聚体溶液；将上述的聚硫聚氨酯预聚体溶液搅拌、滴加到二乙烯三胺的乙醇溶液中，扩链得到聚硫粉末橡胶分散液；
2）将上述的聚硫粉末橡胶分散液与环氧树脂F-51的乙酸乙酯溶液、氨基硅油、三乙烯四胺、搅拌均匀得到喷涂液，用喷枪喷涂于基体上，固化，基体表面形成有序微凸结构，即超疏水涂层。
作为对本技术方案的进一步改进，本发明的一种具有抗磨损性能的聚氨酯超疏水涂层的制备方法，在步骤1）中，液体聚硫橡胶与甲苯二异氰酸酯的质量比为1.45:1~1.9:1，聚硫聚氨酯预聚体溶液中乙酸乙酯的质量含量为87%~90%，二乙烯三胺的乙醇溶液中二乙烯三胺的质量含量为0.8%-1.2%，二乙烯三胺的乙醇溶液与聚硫聚氨酯预聚体溶液质量比为1.11:1~1.25:1。
作为对本技术方案的进一步改进，本发明的一种具有抗磨损性能的聚氨酯超疏水涂层的制备方法，在步骤2）中，环氧树脂F-51的乙酸乙酯溶液中F-51质量浓度为10%，聚硫粉末橡胶分散液与环氧树脂F-51的乙酸乙酯溶液的质量比为：3.2:1~4.0:1，喷涂液中三乙烯四胺的质量浓度为0.3%，氨基硅油的质量浓度为0.42%。
作为对本技术方案的进一步改进，本发明的一种具有抗磨损性能的聚氨酯超疏水涂层的制备方法，步骤1）中，将液体聚硫橡胶、甲苯二异氰酸酯和乙酸乙酯进行预聚，于60℃下预聚1小时。
作为对本技术方案的进一步改进，本发明的一种具有抗磨损性能的聚氨酯超疏水涂层的制备方法，步骤1）中，搅拌速度为300转每分钟~500转每分钟。
作为对本技术方案的进一步改进，本发明的一种具有抗磨损性能的聚氨酯超疏水涂层的制备方法，步骤2）中，所述的固化过程为20℃下固化12小时。
作为对本技术方案的进一步改进，本发明的一种具有抗磨损性能的聚氨酯超疏水涂层的制备方法，步骤1）中，二乙烯三胺的乙醇溶液中二乙烯三胺的质量含量为1%。
作为对本技术方案的进一步改进，本发明的一种具有抗磨损性能的聚氨酯超疏水涂层的制备方法，步骤2）环氧树脂F-51的乙酸乙酯溶液中F-51质量浓度为10%，聚硫粉末橡胶分散液与环氧树脂F-51的乙酸乙酯溶液的比例为：3.2:1~4.0:1，喷涂液中三乙烯四胺的质量浓度为0.3%，氨基硅油的质量浓度为0.42%。
本发明所述的基体为玻璃、金属、木材、陶瓷基体。
本发明与现有技术相比，其优点在于：
1、所制备的超疏水涂层为聚硫橡胶组成，涂层具有抗磨损性能：按美国材料与试验协会标准ASTM D 968-05（落沙磨蚀法测定有机涂层耐磨性的试验）进行耐磨损性能测试，结果表明，涂层经4公斤石英砂从高度为960毫米、内径为20毫米导管落下对涂层进行磨损试验后。涂层与水静止接触角仍保持在150°以上。本技术方案的超疏水表面涂层为弹性体材料，访弹性体材料是聚合物材料中力学性能独特的新材料。相对现有技术的塑性材料与脆性材料，本技术方案由弹性材料构建的超疏水表面在耐磨损性能方面更有优势：在遭受压力时，弹性微凸被挤入相邻的凹谷，在遭受剪切作用力时，弹性微凸会倒伏、填入相邻的凹谷，表面变成相对平滑、受力面积增加，在外力回撤后，弹性形变可以回复。但是弹性体在固化前具有流动性，无法自动形成微观有序结构，形成的涂层是光滑的，不具备超疏水性能。本发明的技术方案将喷涂液喷涂于基体固化后形成超疏水涂层，涂层表面具有由聚硫粉末橡胶构成的微观有序的微凸，同时通过粉末橡胶与环氧树脂的固化反应将聚氨酯微凸固定在基体表面。
2、聚硫橡胶具有良好的耐低温性能，耐老化性能，因此本发明的超疏水涂层具有良好的抗磨损性能，耐低温、耐老化性能，涂装方法采用喷涂，容剂采用乙酸乙酯和乙醇，施工过程无刺激性气味，相对于现有技术，本技术方案突出的技术特点在于：实施方法简便可行，工艺简单，生产成本低，可室温固化，可加工大面积、异形试件表面，并可适用于室外施工等特点。
3、相对于现有技术，本方法所采用的喷涂液组分混合前反应活性低，与环境中的水分、空气不发生化学反应，性质稳定，储存期长；且本技术方案的组分，生产成本更低，便于大规模工业化运输、储存及应用。
4、现有技术中的超疏水涂层在涂覆固化过程中，大都需要高温预处理或高温固化处理，上述温度要求一般为本技术方案固化处理温度的4－10倍，高温环境处理过程一是增加了处理成本；二是高温条件由于温度过高，对环境温度的要求限制了上述超疏水涂层的工业生产及利用。
5、本发明通过前期加式，得到喷涂液，该喷涂液可利用用喷枪喷涂于基体上，固化，基体表面形成有序微凸结构，即超疏水涂层。喷涂工艺相对于对比技术方案的浸泡、涂抹工艺，明显具有工艺简单，生产成本低，可加工大面积、异形试件表面或大体积的基体，且室外施工方便，且该涂层可以适用于玻璃、金属、木材、陶瓷基体。
附图说明
图1是本发明实施例1超疏水涂层磨损前微观结构。
图2是本发明实施例1超疏水涂层磨损后微观结构。
图3是本发明实施例1超疏水涂层上磨损前的水滴的形态。
图4是本发明实施例1超疏水涂层上磨损后的水滴的形态。
图5是本发明实施例2超疏水涂层上磨损前的水滴的形态。
图6是本发明实施例2超疏水涂层上磨损后的水滴的形态。
图7是本发明实施例3超疏水涂层上磨损前的水滴的形态。
图8是本发明实施例3超疏水涂层上磨损后的水滴的形态。
图9是本发明实施例3超疏水涂层上磨损前的水滴的形态。
图10是本发明实施例3超疏水涂层上磨损后的水滴的形态。
具体实施方式
实施例一：
步骤1）：称取1.45克液体聚硫橡胶与1克甲苯二异氰酸酯以及20克乙酸乙酯置于圆底烧瓶，于60℃反应1小时后，得到聚硫聚氨酯预聚体溶液，将聚硫聚氨酯预聚体溶液缓慢滴加到28.06克质量浓度为1.0%二乙烯三胺的乙醇溶液中，滴加过程中保持每分钟300转的搅拌速度，得到聚硫粉末橡胶分散液；
步骤2）：将上述聚硫粉末橡胶分散液与12.63克质量浓度为10%的环氧树脂F-51的乙酸乙酯溶液均匀混合，滴加0.189克三乙烯四胺与0.253克氨基硅油，混合均匀得到喷涂液，用喷枪喷涂于玻璃片上，于摄氏20度固化12小时，得到的涂层即超疏水涂层。
上述涂层接触角为165°，该涂层按美国材料与试验协会标准ASTM D 968-05（落沙磨蚀法测定有机涂层耐磨性的试验）进行耐磨损性能测试，结果表明，涂层经4公斤石英砂从高度为960毫米、内径为20毫米导管落下对涂层进行磨损试验后，涂层与水静止接触角仍保持在155°。
实施例二：
步骤1）：称取1.9克液体聚硫橡胶与1克甲苯二异氰酸酯以及20克乙酸乙酯置于圆底烧瓶，于60℃反应1小时后，得到聚硫聚氨酯预聚体溶液，将聚硫聚氨酯预聚体溶液缓慢滴加到25.42克质量浓度为1.0%二乙烯三胺的乙醇溶液中，滴加过程中保持每分钟500转的搅拌速度，得到聚硫粉末橡胶分散液；
步骤2）：将上述聚硫粉末橡胶分散液与15.09克质量浓度为10%的环氧树脂F-51的乙酸乙酯溶液均匀混合，滴加0.19克三乙烯四胺与0.267克氨基硅油，混合均匀得到喷涂液，用喷枪喷涂于玻璃片上，于摄氏20度固化12小时，得到的涂层即超疏水涂层。
该涂层接触角为161°，该涂层按美国材料与试验协会标准ASTM D 968-05（落沙磨蚀法测定有机涂层耐磨性的试验）进行耐磨损性能测试，结果表明，涂层经4公斤石英砂从高度为960毫米、内径为20毫米导管落下对涂层进行磨损试验后，涂层与水静止接触角仍保持在154°。
实施例三：
步骤1）：称取1.9克液体聚硫橡胶与1克甲苯二异氰酸酯以及20克乙酸乙酯置于圆底烧瓶，于60℃反应1小时后，得到聚硫聚氨酯预聚体溶液，将聚硫聚氨酯预聚体溶液缓慢滴加到28.625克质量浓度为1.0%二乙烯三胺的乙醇溶液中，滴加过程中保持每分钟400转的搅拌速度，得到聚硫粉末橡胶分散液；
步骤2）：将上述聚硫粉末橡胶分散液与16.1克质量浓度为10%的环氧树脂F-51的乙酸乙酯溶液均匀混合，滴加0.20克三乙烯四胺与0.284克氨基硅油，混合均匀得到喷涂液，用喷枪喷涂于玻璃片上，于摄氏20度固化12小时，得到的涂层即超疏水涂层。
该涂层接触角为164°，该涂层按美国材料与试验协会标准ASTM D 968-05（落沙磨蚀法测定有机涂层耐磨性的试验）进行耐磨损性能测试，结果表明，涂层经4公斤石英砂从高度为960毫米、内径为20毫米导管落下对涂层进行磨损试验后，涂层与水静止接触角仍保持在157°。
实施例四：
步骤1）：称取1.8克液体聚硫橡胶与1克甲苯二异氰酸酯以及20克乙酸乙酯置于圆底烧瓶，于60℃反应1小时后，得到聚硫聚氨酯预聚体溶液，将聚硫聚氨酯预聚体溶液缓慢滴加到25.308克质量浓度为1.0%二乙烯三胺的乙醇溶液中，滴加过程中保持每分钟400转的搅拌速度，得到聚硫粉末橡胶分散液；
步骤2）：将上述聚硫粉末橡胶分散液与12.03克质量浓度为10%的环氧树脂F-51的乙酸乙酯溶液均匀混合，滴加0.18克三乙烯四胺与0.252克氨基硅油，混合均匀得到喷涂液，用喷枪喷涂于玻璃片上，于摄氏20度固化12小时，得到的涂层即超疏水涂层。
该涂层接触角为161°，该涂层按美国材料与试验协会标准ASTM D 968-05（落沙磨蚀法测定有机涂层耐磨性的试验）进行耐磨损性能测试，结果表明，涂层经4公斤石英砂从高度为960毫米、内径为20毫米导管落下对涂层进行磨损试验后，涂层与水静止接触角仍保持在152°。
Claims (8)
1.一种抗磨损的聚硫超疏水涂层的制备方法，其特征在于制备方法采用以下二个步骤：
1）将液体聚硫橡胶、甲苯二异氰酸酯和乙酸乙酯进行预聚，合成得到聚硫聚氨酯预聚体溶液；将上述的聚硫聚氨酯预聚体溶液搅拌、滴加到二乙烯三胺的乙醇溶液中，扩链得到聚硫粉末橡胶分散液；
2）将上述的聚硫粉末橡胶分散液与环氧树脂F-51的乙酸乙酯溶液、氨基硅油、三乙烯四胺、搅拌均匀得到喷涂液，用喷枪喷涂于基体上，固化，基体表面形成有序微凸结构，即超疏水涂层。
2.根据权利要求1所述的具有抗磨损性能的聚氨酯超疏水涂层的制备方法，其特征在于：步骤1）中，液体聚硫橡胶与甲苯二异氰酸酯的质量比为1.45:1~1.9:1，聚硫聚氨酯预聚体溶液中乙酸乙酯的质量含量为87%~90%，二乙烯三胺的乙醇溶液中二乙烯三胺的质量含量为0.8%-1.2%，二乙烯三胺的乙醇溶液与聚硫聚氨酯预聚体溶液质量比为1.11:1~1.25:1。
3.根据权利要求1所述的抗磨损的聚硫超疏水涂层的制备方法，其特征在于：步骤2）环氧树脂F-51的乙酸乙酯溶液中F-51质量浓度为8－12%，聚硫粉末橡胶分散液与环氧树脂F-51的乙酸乙酯溶液的质量比为：3.2:1~4.0:1，喷涂液中三乙烯四胺的质量浓度为0.26－0.34%，氨基硅油的质量浓度为0.38－0.46%。
4.根据权利要求1所述的具有抗磨损性能的聚氨酯超疏水涂层的制备方法，其特征在于：步骤1）中，将液体聚硫橡胶、甲苯二异氰酸酯和乙酸乙酯进行预聚，于60℃下预聚1小时。
5.根据权利要求1所述的具有抗磨损性能的聚氨酯超疏水涂层的制备方法，其特征在于：步骤1）中，搅拌速度为300转每分钟~500转每分钟。
6.根据权利要求1所述的具有抗磨损性能的聚氨酯超疏水涂层的制备方法，其特征在于：步骤2）中，所述的固化过程为20℃下固化12小时。
7.根据权利要求2所述的具有抗磨损性能的聚氨酯超疏水涂层的制备方法，其特征在于：步骤1）中，二乙烯三胺的乙醇溶液中二乙烯三胺的质量含量为1%。
8.根据权利要求3所述的具有抗磨损性能的聚氨酯超疏水涂层的制备方法，其特征在于：步骤2）环氧树脂F-51的乙酸乙酯溶液中F-51质量浓度为10%，聚硫粉末橡胶分散液与环氧树脂F-51的乙酸乙酯溶液的比例为：3.2:1~4.0:1，喷涂液中三乙烯四胺的质量浓度为0.3%，氨基硅油的质量浓度为0.42%。
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| CN104327703A (zh) * | 2014-10-15 | 2015-02-04 | 山东天汇防水材料有限公司 | 具有抗磨损性能的复合超疏水涂层的制备方法 |
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2015
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