CN105273614A - 室温反应制备用于木质材料表面uv超疏水聚酰亚胺涂料 - Google Patents
室温反应制备用于木质材料表面uv超疏水聚酰亚胺涂料 Download PDFInfo
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Abstract
本发明是室温反应制备用于木质材料表面UV超疏水聚酰亚胺涂料及方法，其涂料，由以下组份制成：均苯四甲酸二酐，4,4ˊ-二氨基二苯醚，N-甲基吡咯烷酮，马来酸酐，苯乙烯，光引发剂，流平剂，1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷，特殊形貌碳纳米管，其中所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮。优点：由于采用室温下反应生成聚酰胺酸，再与多元醇反应生成不饱和聚酯，并引入光引发剂、流平剂、1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷、碳纳米管等原料，使聚酰亚胺涂料具有超疏水、进行UV固化，涂膜应用于木质材料表面具有良好封闭性能、超水性、耐温、耐候等优良性能。三者共同作用可使聚酰亚胺UV固化，改善固化速度、降低固化温度。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种室温反应制备用于木质材料表面的具有优良封闭性能的UV超疏水聚酰亚胺涂料及其制备方法。属于涂料生产技术领域。
背景技术
聚酰亚胺是一类分子结构含酰亚胺官能团的芳杂环高分子化合物，具有优良的机械性能，热分解温度达600℃，是迄今聚合物中热稳定性最高的品种之一。目前各国都在将聚酰亚胺的研究、开发及利用列入21世纪最有希望的聚合物之一。聚酰亚胺，因其在性能方面的突出特点，无论是作为结构材料或是作为功能性材料，其巨大的应用前景已经得到充分的认识，被称为是"解决问题的能手"。但是现有的聚酰亚胺主要由二元酐和二元胺合成，首先利用二元酐和二元胺在极性溶剂中反应生成聚酰胺酸，然后经过高温加热（大于300℃）脱水成环为聚酰亚胺，这种制备方法的优点是原料来源较广，合成也较容易。木质材料作为一种历史悠久的天然材料，一直以来在各个行业都有着广泛的应用。但是由于木质材料不能耐受高温、吸潮、易燃，无法承受大于300℃的高温加热，因此在木质材料表面制备聚酰亚胺涂膜受到了严重限制。
发明内容
本发明提供一种室温反应能够快速制备用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料及制备方法，利用马来酸酐改性聚酰胺酸与马来酸酐生成的聚酰胺酸，加之特殊形貌碳纳米管、苯乙烯、光引发剂、1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷的引入，降低体系的固化温度，所以有效解决了聚酰胺酸转化温度高、固化慢的问题，且可用于木质材料表面时呈现超疏水性能。同时获得的聚酰亚胺涂膜具有优良漆膜优良封闭性能和耐热性能。
本发明的技术解决方案：一种室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料，其特征在于由以下重量份制成：
15～40份的均苯四甲酸二酐，
15～40份的4,4'-二氨基二苯醚，
10～30份的N-甲基吡咯烷酮，
1～10份的马来酸酐，
10～30份的苯乙烯，
1～5份的光引发剂，
0.1～2份的流平剂，
0.1～1份的1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷，
0.1～3份的特殊形貌碳纳米管，其中所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮，上述流平剂为聚醚改性三硅氧烷。
一种室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料的制备方法，包括以下步骤：
（一）、将均苯四甲酸二酐、N-甲基吡咯烷酮、4,4'-二氨基二苯醚依次加入到搅拌釜中，搅拌均匀，其中均苯四甲酸二酐重量份数控制在15～40份，N-甲基吡咯烷酮重量份数控制在10～30份，4,4'-二氨基二苯醚重量份数控制在15～40份；
（二）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散24-48h；
（三）、再向上述体系中依次加入马来酸酐、苯乙烯，调节至适当黏度，其中马来酸酐重量份数控制在1～10份，苯乙烯重量份数控制在10～30份；
（四）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散24-48h；
（五）、反应结束后，在高速搅拌条件下缓慢滴加1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷、光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮和流平剂聚醚改性三硅氧烷，最后添加特殊形貌碳纳米管，1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷重量份数控制在0.1～1份，光引发剂重量份数控制在1～5份，流平剂重量份数控制在0.1～2.份，特殊形貌碳纳米管重量份数控制在0.1～3份，所得产物即为所述室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料。
本发明的优点：由于通过均苯四甲酸二酐和4,4'-二氨基二苯醚在N-甲基吡咯烷酮中室温下反应生成聚酰胺酸，而后聚酰胺酸与马来酸酐在室温下反应，制备出不饱和预聚物，并引入光引发剂、苯乙烯、1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷、特殊形貌碳纳米管、流平剂等原料制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料。N-甲基吡咯烷酮可溶解均苯四甲酸二酐和4,4'-二氨基二苯醚，反应生成聚酰胺酸。聚酰胺酸与马来酸酐脱水加成反应生成含有不饱和双键的预聚物，溶解在苯乙烯中，作为UV固化涂料的预聚物。光引发剂在UV照射下产生活泼的游离键，促进苯乙烯在UV照射下产生的活性单体与UV固化涂料的预聚物发生连锁反应，同时催化剂1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷和特殊形貌碳纳米管促进UV固化涂料的预聚物中羧基-COOH和-NH-脱去水分子，最终聚合生成大分子聚酰亚胺固化成膜。再加上特殊形貌碳纳米管，表面呈化学惰性，使聚酰亚胺涂膜具有良好封闭性能、超水性、耐温、耐候等优良性能。这种具有优良化学惰性的聚酰亚胺涂料，在涂于木质材料表面形成涂膜时，具有很高的光固化速率且具有较好的疏水性、附着力、抗冲击强度和耐温性，保证聚酰亚胺涂料制品的使用性能。再加上本发明中的辅助组份流平剂，使聚酰亚胺涂料具有很低的表面张力和很好的展着性，更进一步确保了聚酰亚胺涂料的性能。简单地说本发明是利用马来酸酐改性聚酰胺酸与马来酸酐生成的聚酰胺酸，加之特殊形貌碳纳米管、苯乙烯、光引发剂、1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷的引入，降低了体系的固化温度，所以有效解决了聚酰胺酸转化温度高、固化慢的问题，且可用于木质材料表面时呈现超疏水性能。另外本发明还根据制备方法的特点，除了对各配方组分进行设定，还要求使用催化剂进行UV反应，提出了相应的工艺流程与技术参数，以此来有效控制室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料的性能。
附图说明
图1为本发明所述室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料的方法流程图。
具体实施方式
一种室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料，包括由以下重量份制成：
15～40份的均苯四甲酸二酐，
15～40份的4,4'-二氨基二苯醚，
10～30份的N-甲基吡咯烷酮，
1～10份的马来酸酐，
10～30份的苯乙烯，
1～5份的光引发剂，
0.1～2份的流平剂，
0.1～1份的1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷，
0.1～3份的特殊形貌碳纳米管，其中所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮，上述流平剂为聚醚改性三硅氧烷。
原料光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮，用于室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料时，是一种高效的引发剂，引发效率高，紫外吸收范围广。流平剂为聚醚改性三硅氧烷，是一种非离子型表面活性剂，用于室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料时，具有很低的表面张力和超级的展着性。
采用的特殊形貌碳纳米管，具有优异的电子、机械、力学等性能，尤其是对电子和空穴都具有超高的迁移率，少量特殊形貌碳纳米管的加入可以分散在涂料中，在UV下能够产生自由基，加速光固化效率。同时单壁碳纳米管表面呈现化学惰性，使UV聚酰亚胺涂料具有超疏水性能。上述特殊形貌碳纳米管优选方案为单壁碳纳米管。
所述的室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料，包括由以下重量份制成：17～40份的均苯四甲酸二酐，17～40份的4,4'-二氨基二苯醚，12～30份的N-甲基吡咯烷酮，1～8份的马来酸酐，12～25份的苯乙烯，1～5份的光引发剂，0～2份的流平剂，0～1份的1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷，0～3份的特殊形貌碳纳米管。
所述的室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料，包括由以下重量份制成：18～38份的均苯四甲酸二酐，18.5～38份的4,4'-二氨基二苯醚，12～25份的N-甲基吡咯烷酮，1～6份的马来酸酐，15～25份的苯乙烯，1.5～3份的光引发剂，0.3～1.8份的流平剂，0.5～0.9份的1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷，0.6～2.5份的特殊形貌碳纳米管。
所述特殊形貌碳纳米管为单壁纳米态。
如图1所示，一种室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料的制备方法，包括以下步骤：
（一）、将均苯四甲酸二酐、N-甲基吡咯烷酮、4,4'-二氨基二苯醚依次加入到搅拌釜中，搅拌均匀，其中均苯四甲酸二酐重量份数控制在15～40份，N-甲基吡咯烷酮重量份数控制在10～30份，4,4'-二氨基二苯醚重量份数控制在15～40份；
（二）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散24-48h；
（三）、再向上述体系中依次加入马来酸酐、苯乙烯，调节至适当黏度，其中马来酸酐重量份数控制在1～10份，苯乙烯重量份数控制在10～30份；
（四）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散24-48h；
（五）、反应结束后，在高速搅拌条件下缓慢滴加1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷、光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮和流平剂聚醚改性三硅氧烷，最后添加特殊形貌碳纳米管，1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷重量份数控制在0.1～1份，光引发剂重量份数控制在1～5份，流平剂重量份数控制在0.1～2.份，特殊形貌碳纳米管重量份数控制在0.1～3份，所得产物即为所述室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料。
本发明由于首先通过均苯四甲酸二酐与4,4'-二氨基二苯醚在N-甲基吡咯烷酮中反应生成聚酰胺酸，马来酸酐对聚酰胺酸封端，反应生成不饱和树脂作为UV预聚物，然后引入1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷、光引发剂、苯乙烯单体、特殊形貌碳纳米管、流平剂等原料制备UV超疏水聚酰亚胺涂料。均苯四甲酸二酐与4,4'-二氨基二苯醚发生反应生成聚酰胺酸，马来酸酐中与聚酰胺酸端基氨基脱水加成反应生成不饱和预聚物，作为UV固化涂料的预聚物。
光引发剂在UV照射下能产生游离键，引发苯乙烯与UV固化涂料的不饱和预聚物分子发生连锁反应，同时碳纳米管和1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷作为催化剂，促进不饱和预聚物的酰亚胺化反应，生成坚硬的聚酰亚胺涂膜。特殊形貌碳纳米管，由于碳原子特殊的极性和疏水性能，使聚酰亚胺涂料超疏水性能。再加上流平剂聚醚改性三硅氧烷作为一种非离子型表面活性剂，具有很低的表面张力和极大展着性，使生成的涂膜光滑平整。
以下结合具体的实施例对本发明作进一步详细的描述：
实施例1：室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料的制备方法，包括以下步骤：
（一）、将40kg均苯四甲酸二酐、10kgN-甲基吡咯烷酮、36kg4,4'-二氨基二苯醚依次加入到搅拌釜中，搅拌；
（二）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散46h；
（三）、再向上述体系中依次加入1kg马来酸酐、10kg苯乙烯，调节至适当黏度（涂-4杯15~35s）；
（四）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散24h；
（五）、反应结束后，在高速搅拌条件下缓慢滴加0.1kg1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷、1.8kg光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮和1kg流平剂聚醚改性三硅氧烷，最后添加0.1kg特殊形貌碳纳米管，所得产物即为所述室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料。
实施例2：室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料的制备方法，包括以下步骤：
（一）、将15kg均苯四甲酸二酐、30kgN-甲基吡咯烷酮、15kg4,4'-二氨基二苯醚依次加入到搅拌釜中，搅拌；
（二）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散24h；
（三）、再向上述体系中依次加入1kg马来酸酐、30kg苯乙烯，调节至适当黏度（涂-4杯15~35s）；
（四）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散42h；
（五）、反应结束后，在高速搅拌条件下缓慢滴加0.1kg1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷、5kg光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮和2kg流平剂聚醚改性三硅氧烷，最后添加1.9kg特殊形貌碳纳米管，所得产物即为所述室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料。
实施例3：室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料的制备方法，包括以下步骤：
（一）、将25kg均苯四甲酸二酐、26.9kgN-甲基吡咯烷酮、23kg4,4'-二氨基二苯醚依次加入到搅拌釜中，搅拌；
（二）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散44h；
（三）、再向上述体系中依次加入10kg马来酸酐、10kg苯乙烯，调节至适当黏度（涂-4杯15~35s）；
（四）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散36h；
（五）、反应结束后，在高速搅拌条件下缓慢滴加1kg1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷、1kg光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮和0.1kg流平剂聚醚改性三硅氧烷，最后添加3kg特殊形貌碳纳米管，所得产物即为所述室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料。
实施例4：室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料的制备方法，包括以下步骤：
（一）、将38kg均苯四甲酸二酐、12kgN-甲基吡咯烷酮、34.2kg4,4'-二氨基二苯醚依次加入到搅拌釜中，搅拌；
（二）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散40h；
（三）、再向上述体系中依次加入1kg马来酸酐、12kg苯乙烯，调节至适当黏度（涂-4杯15~35s）；
（四）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散32h；
（五）、反应结束后，在高速搅拌条件下缓慢滴加0.5kg1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷、1.5kg光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮和0.2kg流平剂聚醚改性三硅氧烷，最后添加0.6kg特殊形貌碳纳米管，所得产物即为所述室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料。
实施例5：室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料的制备方法，包括以下步骤：
（一）、将39.7kg均苯四甲酸二酐、10kgN-甲基吡咯烷酮、38kg4,4'-二氨基二苯醚依次加入到搅拌釜中，搅拌；
（二）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散48h；
（三）、再向上述体系中依次加入1kg马来酸酐、10kg苯乙烯，调节至适当黏度（涂-4杯15~35s）；
（四）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散28h；
（五）、反应结束后，在高速搅拌条件下缓慢滴加0.1kg1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷、1kg光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮和0.1kg流平剂聚醚改性三硅氧烷，最后添加0.1kg特殊形貌碳纳米管，所得产物即为所述室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料。
实施例6：室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料的制备方法，包括以下步骤：
（一）、将18.5kg均苯四甲酸二酐、25kgN-甲基吡咯烷酮、17kg4,4'-二氨基二苯醚依次加入到搅拌釜中，搅拌；
（二）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散28h；
（三）、再向上述体系中依次加入8kg马来酸酐、24kg苯乙烯，调节至适当黏度（涂-4杯15~35s）；
（四）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散45h；
（五）、反应结束后，在高速搅拌条件下缓慢滴加0.5kg1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷、3kg光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮和1kg流平剂聚醚改性三硅氧烷，最后添加3kg特殊形貌碳纳米管，所得产物即为所述室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料。
实施例7：室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料的制备方法，包括以下步骤：
（一）、将20kg均苯四甲酸二酐、25kgN-甲基吡咯烷酮、18.5kg4,4'-二氨基二苯醚依次加入到搅拌釜中，搅拌；
（二）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散38h；
（三）、再向上述体系中依次加入7kg马来酸酐、25kg苯乙烯，调节至适当黏度（涂-4杯15~35s）；
（四）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散48h；
（五）、反应结束后，在高速搅拌条件下缓慢滴加0.6kg1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷、1.1kg光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮和0.3kg流平剂聚醚改性三硅氧烷，最后添加2.5kg特殊形貌碳纳米管，所得产物即为所述室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料。
尽管本发明是参照具体实施例来描述，但这种描述并不意味着对本发明构成限制。参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，对于本领域技术人员都是可以预料的，这种的变化应属于所属权利要求所限定的范围内。
Claims (6)
1.一种室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料，其特征在于由以下重量份制成：
15～40份的均苯四甲酸二酐，
15～40份的4,4'-二氨基二苯醚，
10～30份的N-甲基吡咯烷酮，
1～10份的马来酸酐，
10～30份的苯乙烯，
1～5份的光引发剂，
0.1～2份的流平剂，
0.1～1份的1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷，
0.1～3份的特殊形貌碳纳米管。
2.根据权利要求1所述的室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料，其特征在于所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮，所述流平剂为聚醚改性三硅氧烷。
3.根据权利要求1所述的室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料，其特征在于由以下重量份制成：17～40份的均苯四甲酸二酐，17～40份的4,4'-二氨基二苯醚，12～30份的N-甲基吡咯烷酮，1～8份的马来酸酐，12～25份的苯乙烯，1～5份的光引发剂，0～2份的流平剂，0～1份的1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷，0～3份的特殊形貌碳纳米管。
4.根据权利要求3所述的室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料，其特征在于由以下重量份制成：18～38份的均苯四甲酸二酐，18.5～38份的4,4'-二氨基二苯醚，12～25份的N-甲基吡咯烷酮，1～6份的马来酸酐，15～25份的苯乙烯，1.5～3份的光引发剂，0.3～1.8份的流平剂，0.5～0.9份的1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷，0.6～2.5份的特殊形貌碳纳米管。
5.根据权利要求1或3或4所述的室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料，其特征在于所述特殊形貌碳纳米管为单壁纳米态。
6.如权利要求1或3或4的室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（一）、将均苯四甲酸二酐、N-甲基吡咯烷酮、4,4'-二氨基二苯醚依次加入到搅拌釜中，搅拌均匀，其中均苯四甲酸二酐重量份数控制在15～40份，N-甲基吡咯烷酮重量份数控制在10～30份，4,4'-二氨基二苯醚重量份数控制在15～40份；
（二）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散24-48h；
（三）、再向上述体系中依次加入马来酸酐、苯乙烯，调节至适当黏度，其中马来酸酐重量份数控制在1～10份，苯乙烯重量份数控制在10～30份；
（四）、体系在3000-5000r/min转速条件下室温分散24-48h；
（五）、反应结束后，在高速搅拌条件下缓慢滴加1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷、光引发剂1-羟基环己基苯基甲酮和流平剂聚醚改性三硅氧烷，最后添加特殊形貌碳纳米管，1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷重量份数控制在0.1～1份，光引发剂重量份数控制在1～5份，流平剂重量份数控制在0.1～2.份，特殊形貌碳纳米管重量份数控制在0.1～3份，所得产物即为所述室温反应制备可用于木质材料表面的UV超疏水聚酰亚胺涂料。
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