CN113583553A - 一种动力电池托盘用多功能聚脲涂层及其制备方法和应用 - Google Patents

一种动力电池托盘用多功能聚脲涂层及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于纯电动汽车涂层技术领域，提供了一种动力电池托盘用多功能聚脲涂层及其制备方法和应用，通过改性异氰酸酯提高了聚脲涂层对基体的附着力，从而提高了涂层的抗冲击性能；通过添加改性碳纳米纤维、改性纳米三氟化铈和改性纳米三氟化镧，提高了聚脲涂层的抗冲击性能，同时使得涂层具有超疏水性；通过添加石墨烯，进一步提高了涂层的抗冲击性能；通过添加阻燃剂，使得涂层具有稳定高效的阻燃性能。实施例的结果显示，本发明提供的动力电池托盘用多功能聚脲涂层的拉伸强度为40MPa，断裂伸长率为450％，撕裂强度为121kN/m，接触角为153°，UL‑94阻燃测试为V0，与45钢的附着力为16.57MPa。

Description

一种动力电池托盘用多功能聚脲涂层及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及纯电动汽车涂层技术领域，尤其涉及一种动力电池托盘用多功能聚脲涂层及其制备方法和应用。
背景技术
纯电动汽车车型在新能源汽车中占比较高，与传统汽车相比，最大区别为动力来源。传统汽车是以燃油为能源的发动机做功提供动力，而新能源汽车以动力电池(储电量>75％)结合驱动电机、电机控制器为动力来源。动力电池作为新能源汽车的核心，一旦遇到电解液泄露或者电池温度失控等情况，就会造成整个汽车的燃烧，甚至发生爆炸。现在大多数电动汽车为了得到足够的车内空间以及提高整车的行驶性能，将动力电池组放在托盘上，托盘布置在整车的底盘位置，而汽车底盘的工况非常恶劣，极易造成托盘的腐蚀、污损以及冲击等，也就容易引起动力电池组的失控而带来电动汽车燃烧爆炸等危险的发生，所以，对动力电池托盘的保护至关重要。
聚脲是由异氰酸酯组分和氨基化合物反应而成的弹性体喷涂材料，具有环保、价格低廉的优点，而且兼顾良好的抗冲击强度、柔韧性、防水、防腐蚀和施工性能。但是，在将其用于动力电池托盘时，需要面对的是汽车底盘非常恶劣的工况，如路面石子的高速冲击、雨天的不断冲蚀等，而且要求其能够阻止火势的蔓延，而现有的聚脲涂层材料无法在上述工况下仍保持良好的防水、抗冲击性能，并且不具备阻燃性能。因此，亟需提供一种同时兼具超疏水、高抗冲击性能和阻燃性能的聚脲涂层，以保护动力电池托盘，防止电动汽车燃烧爆炸等危险的发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动力电池托盘用多功能聚脲涂层及其制备方法和应用，本发明提供的动力电池托盘用多功能聚脲涂层具有超疏水性、高阻燃性能和极高的抗冲击性。
本发明提供了一种动力电池托盘用多功能聚脲涂层，由组分A和组分B固化而成；所述组分A和组分B的质量比为1:1.3～1.5；
按重量份数计，制备所述组分A的原料包括：30～55份改性异氰酸酯、20～40份聚醚多元醇、1～10份稀释剂、1～10份阻燃剂和2～10份改性碳纳米纤维；
所述改性异氰酸酯为表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH改性异氰酸酯；
所述改性碳纳米纤维的制备方法为：用甲基三甲氧基硅烷对表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH进行改性，得到改性碳纳米纤维；
按重量份数计，制备所述组分B的原料包括：10～28份扩链剂、30～55份端氨基聚醚、5～15份稀释剂、1～5份石墨烯、1～10份发泡剂、4～6份改性纳米三氟化铈、3～5份改性纳米三氟化镧和12～20份助剂；
所述改性纳米三氟化铈的制备方法包括：将溶解在羟基硅酸镁中的纳米三氟化铈与油酸和聚二甲基硅氧烷混合进行改性，得到改性纳米三氟化铈；
所述改性纳米三氟化镧的制备方法包括：以乙烯基三乙氧基硅烷和六甲基二硅氮烷为改性剂，对纳米三氟化镧进行水热改性处理，得到改性纳米三氟化镧。
优选地，所述改性异氰酸酯中的异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或几种。
优选地，所述聚醚多元醇包括聚氧化丙烯二醇、阻燃型聚醚多元醇和聚四氢呋喃二醇中的一种或多种。
优选地，所述组分A和组分B中的稀释剂独立地包括碳酸丙烯酯或乙酸正丁酯。
优选地，所述阻燃剂包括聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐、三羟甲基氧化膦、磷酸盐和超支化含磷聚氨酯中一种或多种。
优选地，所述扩链剂包括二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺和N，N’-二烷基甲基二胺中的一种或多种。
优选地，按重量份数计，所述助剂包括7～10份乙酸乙酯、2～3份流平剂、1～2份消泡剂和2～5份硅烷偶联剂。
优选地，所述发泡剂包括偶氮二异丁腈或N，N’-二甲基-N，N’-二亚硝基对苯二甲酰胺。
本发明还提供了上述技术方案所述的动力电池托盘用多功能聚脲涂层的制备方法，包括：在50～70℃下，将组分A和组分B混合，再进行喷涂，得到动力电池托盘用多功能聚脲涂层。
本发明还提供了上述技术方案所述动力电池托盘用多功能聚脲涂层或所述制备方法制备的动力电池托盘用多功能聚脲涂层在动力电池托盘中的应用。
本发明提供了一种动力电池托盘用多功能聚脲涂层，由组分A和组分B固化而成；组分A和组分B的质量比为1:1.3～1.5；按重量份数计，制备组分A的原料包括：30～55份改性异氰酸酯、20～40份聚醚多元醇、1～10份稀释剂、1～10份阻燃剂和2～10份改性碳纳米纤维；改性异氰酸酯为表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH改性异氰酸酯；改性碳纳米纤维的制备方法为：用甲基三甲氧基硅烷对表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH进行改性，得到改性碳纳米纤维；按重量份数计，制组分B的原料包括：10～28份扩链剂、30～55份端氨基聚醚、5～15份稀释剂、1～5份石墨烯、1～10份发泡剂、4～6份改性纳米三氟化铈、3～5份改性纳米三氟化镧和12～20份助剂；改性纳米三氟化铈的制备方法包括：将溶解在羟基硅酸镁中的纳米三氟化铈与油酸和聚二甲基硅氧烷混合进行改性，得到改性纳米三氟化铈；改性纳米三氟化镧的制备方法包括：以乙烯基三乙氧基硅烷和六甲基二硅氮烷为改性剂，对纳米三氟化镧进行水热改性处理，得到改性纳米三氟化镧。本发明通过改性异氰酸酯提高了聚脲涂层对基体的附着力，从而提高了涂层的抗冲击性能；通过添加改性碳纳米纤维、改性纳米三氟化铈和改性纳米三氟化镧，提高了聚脲涂层的抗冲击性能，同时使得涂层具有超疏水性，改善了涂层的防水、抗污性能，并且改性三氟化铈可以提高涂层与基底表面的结合力以及耐磨性，使其在高速冲击下仍能保持极高的撕裂强度；通过添加石墨烯，进一步提高了涂层的抗冲击性能；通过添加阻燃剂，使得涂层具有稳定高效的阻燃性能。实施例的结果显示，本发明提供的动力电池托盘用多功能聚脲涂层的拉伸强度为40MPa，断裂伸长率为450％，撕裂强度为121kN/m，接触角为153°，UL-94阻燃测试为V0，与45钢的附着力为16.57MPa，耐盐雾为2000h。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的聚脲涂层的表面接触角示意图；
图2为本发明实施例2制备的聚脲涂层的表面接触角示意图；
图3为本发明实施例3制备的聚脲涂层的表面接触角示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种动力电池托盘用多功能聚脲涂层，由组分A和组分B固化而成；所述组分A和组分B的质量比为1:1.3～1.5；
按重量份数计，制备所述组分A的原料包括：30～55份改性异氰酸酯、20～40份聚醚多元醇、1～10份稀释剂、1～10份阻燃剂和2～10份改性碳纳米纤维；
所述改性异氰酸酯为表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH改性异氰酸酯；
所述改性碳纳米纤维的制备方法为：用甲基三甲氧基硅烷对表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH进行改性，得到改性碳纳米纤维；
按重量份数计，制备所述组分B的原料包括：10～28份扩链剂、30～55份端氨基聚醚、5～15份稀释剂、1～5份石墨烯、1～10份发泡剂、4～6份改性纳米三氟化铈、3～5份改性纳米三氟化镧和12～20份助剂；
所述改性纳米三氟化铈的制备方法包括：将溶解在羟基硅酸镁中的纳米三氟化铈与油酸和聚二甲基硅氧烷混合进行改性，得到改性纳米三氟化铈；
所述改性纳米三氟化镧的制备方法包括：以乙烯基三乙氧基硅烷和六甲基二硅氮烷为改性剂，对纳米三氟化镧进行水热改性处理，得到改性纳米三氟化镧。
在本发明中，所述聚脲涂层由组分A和组分B固化而成；所述组分A和组分B的质量比为1:1.3～1.5，优选为1:1.4～1.5。本发明将所述组分A和组分B的质量比控制在上述范围，有利于组分A和组分B的固化，进而得到多功能聚脲涂层。
按重量份数计，制备所述组分A的原料包括30～55份改性异氰酸酯，优选为38～50份，更优选为47～50份。在本发明中，所述改性异氰酸酯为表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH改性异氰酸酯。本发明用表面带有羟基的碳纳米纤维对异氰酸酯进行改性，提高了聚脲涂层对基体的附着力，进而有利于提高涂层的抗冲击性能。
在本发明中，所述改性异氰酸酯中的异氰酸酯优选包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或几种，更优选为二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种。本发明对所述异氰酸酯的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在本发明中，所述改性异氰酸酯的制备方法优选包括：在氮气气氛下，将表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH与异氰酸酯混合进行改性，得到改性异氰酸酯。在本发明中，所述表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH与异氰酸酯的质量比优选为(1～2)：200，更优选为1:200。在本发明中，所述混合优选为超声处理后搅拌。在本发明中，所述超声处理的功率优选为30～50kHz，更优选为40～45kHz；所述超声处理的时间优选为30～60min，更优选为35～45min。在本发明中，所述搅拌的速率优选为1500～2000r/min，更优选为1800～2000r/min；所述搅拌的时间优选为3～5h，更优选为5h。
在本发明中，所述表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH的制备方法优选包括：
将碳纳米纤维与浓硝酸混合，再依次进行第一超声处理和第一加热回流，得到酸化碳纳米纤维CNF-COOH；
将所述酸化碳纳米纤维CNF-COOH与二氯亚砜混合，再依次进行第二超声处理和第二加热回流，得到酰化碳纳米纤维CNF-COCl；
将所述酰化碳纳米纤维CNF-COCl与乙二醇混合，再依次进行第三超声处理和羟基化反应，得到表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH。
本发明优选将碳纳米纤维与浓硝酸混合，再依次进行第一超声处理和第一加热回流，得到酸化碳纳米纤维CNF-COOH。
在本发明中，所述碳纳米纤维的直径优选为120～130nm；所述碳纳米纤维的长度优选为10～20μm。在本发明中，所述碳纳米纤维的质量与浓硝酸的体积比优选为(5～6)g：(80～100)mL。在本发明中，所述浓硝酸的质量浓度优选为75～78％。
在本发明中，所述第一超声处理的频率优选为25～30kHz；所述第一超声处理的时间优选为10～20min。
在本发明中，所述第一加热回流的温度优选为120～130℃；所述第一加热回流的时间优选为2～3h。
第一加热回流结束后，本发明优选将所述第一加热回流的产物依次进行稀释、抽滤、洗涤和干燥，得到酸化碳纳米纤维CNF-COOH。本发明对所述稀释、抽滤、洗涤和干燥的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的稀释、抽滤、洗涤和干燥的技术方案即可。在本发明中，所述稀释所用稀释剂优选为去离子水；所述去离子水的用量优选为1000mL。在本发明中，所述抽滤所用滤膜优选为Φ0.22μm混纤微孔滤膜。在本发明中，所述洗涤所用洗涤剂优选为去离子水。在本发明中，所述干燥的温度优选为80～90℃；所述干燥的时间优选为24～25h；所述干燥的方式优选为真空干燥。
得到酸化碳纳米纤维CNF-COOH后，本发明优选将所述酸化碳纳米纤维CNF-COOH与二氯亚砜混合，再依次进行第二超声处理和第二加热回流，得到酰化碳纳米纤维CNF-COCl。
在本发明中，所述酸化碳纳米纤维CNF-COOH的质量与二氯亚砜的体积比优选为(2～3)g：(80～90)mL。在本发明中，所述第二超声处理的频率优选为25～30kHz；所述第二超声处理的时间优选为10～20min。在本发明中，所述第二加热回流的温度优选为75～85℃；所述第二加热回流的时间优选为24～25h。
第二加热回流结束后，本发明优选将所述第二加热回流的产物进行减压蒸馏，得到酰化碳纳米纤维CNF-COCl。本发明通减压蒸馏除去过量的亚硫酰氯，有利于得到纯净的酰化碳纳米纤维CNF-COCl。本发明对所述减压蒸馏的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的减压蒸馏的技术方案即可。
得到酰化碳纳米纤维CNF-COCl后，本发明优选将所述酰化碳纳米纤维CNF-COCl与乙二醇混合，再依次进行第三超声处理和羟基化反应，得到表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH。
在本发明中，所述酰化碳纳米纤维CNF-COCl的质量和乙二醇的体积比优选为(1.5～2)g：(80～90)mL。
在本发明中，所述第三超声处理的频率优选为25～30kHz；所述第三超声处理的时间优选为10～20min。在本发明中，所述羟基化反应的温度优选为120～130℃；所述羟基化反应的时间优选为48～50h。
羟基化反应完成后，本发明优选将所述羟基化反应的产物依次进行稀释、抽滤、洗涤和干燥，得到表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH。本发明对所述稀释、抽滤、洗涤和干燥的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的稀释、抽滤、洗涤和干燥的技术方案即可。在本发明中，所述稀释所用稀释剂优选为去离子水；所述去离子水的用量优选为1000mL。在本发明中，所述抽滤所用滤膜优选为Φ0.22μm混纤微孔滤膜。在本发明中，所述洗涤所用洗涤剂优选为去离子水。在本发明中，所述干燥的温度优选为80～90℃；所述干燥的时间优选为24～25h；所述干燥的方式优选为真空干燥。
按改性异氰酸酯的重量为30～55份计，制备所述组分A的原料包括20～40份聚醚多元醇，优选为22～35份，更优选为23～25份。在本发明中，所述聚醚多元醇优选包括聚氧化丙烯二醇、阻燃型聚醚多元醇和聚四氢呋喃二醇中的一种或多种，更优选为聚氧化丙烯二醇和/或阻燃型聚醚多元醇。本发明对所述聚醚多元醇的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
按改性异氰酸酯的重量为30～55份计，制备所述组分A的原料包括1～10份稀释剂，优选为5～10份，更优选为8～10份。在本发明中，所述稀释剂用于调节组分A的NCO值和粘度。在本发明中，所述稀释剂优选包括碳酸丙烯酯或乙酸正丁酯，更优选为碳酸丙烯酯。本发明对所述稀释剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
按改性异氰酸酯的重量为30～55份计，制备所述组分A的原料包括1～10份阻燃剂，优选为5～10份，更优选为8～10份。本发明通过添加阻燃剂，使得聚脲涂层具有稳定高效的阻燃性能。
在本发明中，所述阻燃剂优选包括聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐、三羟甲基氧化膦、磷酸盐和超支化含磷聚氨酯中一种或多种，更优选为聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐、三羟甲基氧化膦和超支化含磷聚氨酯中一种或多种。本发明对所述阻燃剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
按改性异氰酸酯的重量为30～55份计，制备所述组分A的原料包括2～10份改性碳纳米纤维，优选为5～10份，更优选为7～10份。本发明通过添加改性碳纳米纤维，提高了聚脲涂层的抗冲击性能和疏水性。
在本发明中，所述改性碳纳米纤维的制备方法为：用甲基三甲氧基硅烷对表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH进行改性，得到改性碳纳米纤维。在本发明中，所述甲基三甲氧基硅烷的体积与表面带有羟基的碳纳米纤维的质量比优选为1mL：3g。在本发明中，所述改性的温度优选为20～30℃；所述改性的时间优选为10～20min；所述改性的装置优选为密闭反应皿。
改性完成后，本发明优选将所述改性后的产物进行干燥，得到改性碳纳米纤维。在本发明中，所述干燥的温度优选为110～150℃；所述干燥的时间优选为5～8h；所述干燥的装置优选为干燥器。
在本发明中，所述组分A的制备方法优选包括：将改性异氰酸酯与聚醚多元醇在氮气气氛、60～90℃下反应3～4h，再依次加入阻燃剂、改性碳纳米纤维和稀释剂，搅拌4～5h，得到组分A。
本发明优选将改性异氰酸酯与聚醚多元醇在氮气气氛、60～90℃下反应3～4h，得到聚合物。本发明以改性异氰酸酯和聚醚多元醇为原料进行聚合反应，制备聚合物。在本发明中，所述反应的温度优选为60～70℃；所述反应的时间优选为3h。
得到聚合物后，本发明优选依次加入阻燃剂、改性碳纳米纤维和稀释剂，搅拌4～5h，得到组分A。本发明通过向聚合物中加入阻燃剂和改性碳纳米纤维来提高聚合物的阻燃性能和疏水性，通过加入稀释剂来调节聚合物的NCO值和粘度。在本发明中，所述组分A的NCO值优选为12～15％；所述组分A的粘度优选为700～800mPa·s。在本发明中，所述搅拌的速率优选为1800～2000r/min；所述搅拌的时间优选为4h。
按重量份数计，制备所述组分B的原料包括10～28份扩链剂，优选为20～28份，更优选为25～28份。在本发明中，所述扩链剂优选包括二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺和N，N’-二烷基甲基二胺中的一种或多种，更优选为二乙基甲苯二胺和N，N’-二烷基甲基二胺。本发明对所述扩链剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
按扩链剂的重量为10～28份计，制备所述组分B的原料包括30～55份端氨基聚醚，优选为38～50份，更优选为44～50份。在本发明中，所述端氨基聚醚优选包括端氨基聚醚T2000或端氨基聚醚D5000。本发明对所述端氨基聚醚的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
按扩链剂的重量为10～28份计，制备所述组分B的原料包括5～15份稀释剂，优选为7～10份，更优选为9～10份。在本发明中，所述稀释剂优选包括碳酸丙烯酯或乙酸正丁酯，更优选为乙酸正丁酯。本发明对所述稀释剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
按扩链剂的重量为10～28份计，制备所述组分B的原料包括1～5份石墨烯，优选为1～2份。本发明通过添加石墨烯，进一步提高了涂层的抗冲击性能。本发明对所述石墨烯的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述石墨烯的形态优选为粉末状。
按扩链剂的重量为10～28份计，制备所述组分B的原料包括1～10份发泡剂，优选为1～5份，更优选为1～3份。本发明通过添加发泡剂，可以减少聚脲涂料的使用，同时达到了整车轻量化、节约成本和减噪的目的，且不影响聚脲涂层的抗冲击性能。
在本发明中，所述发泡剂优选包括偶氮二异丁腈或N，N’-二甲基-N，N’-二亚硝基对苯二甲酰胺，更优选为偶氮二异丁腈。本发明对所述发泡剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
按扩链剂的重量为10～28份计，制备所述组分B的原料包括4～6份改性纳米三氟化铈，优选为5～6份。本发明通过添加改性三氟化铈有利于提高涂层的疏水性，而且可以提高涂层与基底表面的结合力以及耐磨性，使其在高速冲击下仍能保持极高的撕裂强度。
在本发明中，所述改性纳米三氟化铈的制备方法包括：将溶解在羟基硅酸镁中的纳米三氟化铈与油酸和聚二甲基硅氧烷混合进行改性，得到改性纳米三氟化铈。在本发明中，所述纳米三氟化铈的质量与羟基硅酸镁的体积之比优选为(15～20)g：(25～30)mL；所述羟基硅酸镁的温度优选为80～85℃。在本发明中，所述纳米三氟化铈、油酸和聚二甲基硅氧烷的质量比优选为(15～20)：(4～5)：(2～3)。在本发明中，所述改性的时间优选为1～2h。改性完成后，本发明优选将所述改性后的产物进行干燥，得到改性三氟化铈。在本发明中，所述干燥的温度优选为120～130℃；所述干燥的时间优选为4～6h。
按扩链剂的重量为10～28份计，制备所述组分B的原料包括3～5份改性纳米三氟化镧，优选为4～5份。本发明通过添加改性纳米三氟化镧，有利于提高聚脲涂层的疏水性和抗冲击性能。
在本发明中，所述改性纳米三氟化镧的制备方法包括：以乙烯基三乙氧基硅烷和六甲基二硅氮烷为改性剂，对纳米三氟化镧进行水热改性处理，得到改性纳米三氟化镧。本发明用乙烯基三乙氧基硅烷和六甲基二硅氮烷对纳米三氟化镧进行改性，提高了纳米三氟化镧的超疏水性，进而有利于得到超疏水的聚脲涂层。
在本发明中，所述改性纳米三氟化镧的制备方法具体优选为：提供纳米三氟化镧悬浮液，将乙烯基三乙氧基硅烷和六甲基二硅氮烷加入纳米三氟化镧悬浮液中，进行水热改性处理，得到改性纳米三氟化镧。
在本发明中，所述纳米三氟化镧悬浮液的制备优选包括：将纳米三氟化镧与无水乙醇混合，调节pH值，得到纳米三氟化镧悬浮液。在本发明中，所述纳米三氟化镧的质量与无水乙醇的体积比优选为15g：100mL。在本发明中，所述纳米三氟化镧与无水乙醇的混合优选在搅拌的条件下进行；所述搅拌的速率优选为1000～1500r/min；所述搅拌的时间优选为1h；所述搅拌的设备优选为磁力搅拌器。本发明优选调节pH值至中性，调节pH值所用试剂优选为氨水。
得到纳米三氟化镧悬浮液后，本发明优选将乙烯基三乙氧基硅烷和六甲基二硅氮烷加入所述纳米三氟化镧悬浮液中，进行水热改性处理，得到改性纳米三氟化镧。
在本发明中，所述乙烯基三乙氧基硅烷、六甲基二硅氮烷和纳米三氟化镧悬浮液的体积比优选为5:5:100。在本发明中，所述水热改性处理的温度优选为60～70℃；所述水热改性处理的时间优选为24～28h。在本发明中，所述水热改性处理优选在搅拌的条件下进行；所述搅拌的速率优选为1500～1800r/min。
水热改性处理完成后，本发明优选将所述水热改性处理后的产物依次进行过滤、洗涤、抽滤和干燥，得到改性纳米三氟化镧。本发明对所述过滤、洗涤、抽滤和干燥的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过滤、洗涤、抽滤和干燥的技术方案即可。在本发明中，所述过滤的装置优选为布氏漏斗。在本发明中，所述洗涤的洗涤剂优选为乙醇；所述抽滤的次数优选为3次。在本发明中，所述干燥的温度优选为60～70℃；所述干燥的时间优选为4h；所述干燥的方式优选为真空干燥。
按扩链剂的重量为10～28份计，制备所述组分B的原料包括12～20份助剂。在本发明中，按重量份数计，所述助剂优选包括7～10份乙酸乙酯、2～3份流平剂、1～2份消泡剂和2～5份硅烷偶联剂。在本发明中，所述流平剂优选为AKN-3600；所述消泡剂优选为DU-964；所述硅烷偶联剂优选为KH550。
在本发明中，所述组分B的制备方法优选包括：将除助剂以外的原料混合，然后在90～102℃下加热3～4h，再加入助剂，搅拌20～30min，得到组分B。
本发明优选将除助剂以外的原料混合，得到混合物。在本发明中，所述除助剂以外的原料的混合优选在搅拌的条件下进行。在本发明中，所述搅拌的速率优选为1500～2000r/min；所述搅拌的时间优选为30～50min。
得到混合物后，本发明优选将所述混合物在90～102℃下加热3～4h，得到氨基聚合物。在本发明中，所述加热的温度优选为90℃；所述加热的时间优选为3h。
得到氨基聚合物后，本发明优选向所述氨基聚合物加入助剂，搅拌20～30min，得到组分B。在本发明中，所述搅拌的速率优选为1500～2000r/min；所述搅拌的时间优选为20min。
本发明通过改性异氰酸酯提高了聚脲涂层对基体的附着力，从而提高了涂层的抗冲击性能；通过添加改性碳纳米纤维、改性纳米三氟化铈和改性纳米三氟化镧，提高了聚脲涂层的抗冲击性能，同时使得涂层具有超疏水性，改善了涂层的防水、抗污性能，并且改性三氟化铈可以提高涂层与基底表面的结合力以及耐磨性，使其在高速冲击下仍能保持极高的撕裂强度；通过添加石墨烯，进一步提高了涂层的抗冲击性能；通过添加阻燃剂，使得涂层具有稳定高效的阻燃性能。
本发明还提供了上述技术方案所述的动力电池托盘用多功能聚脲涂层的制备方法，包括：在50～70℃下，将组分A和组分B混合，再进行喷涂，得到动力电池托盘用多功能聚脲涂层。
本发明通过在50～70℃下，使组分A和组分B发生反应生成聚脲涂料，再进行喷涂，得到了多功能聚脲涂层。在本发明中，所述喷涂所用设备优选为高压喷涂机。
本发明将组分A和组分B混合后进行喷涂，得到了动力电池托盘用多功能聚脲涂层。本发明提供的动力电池托盘用多功能聚脲涂层的制备方法操作简单，而且保证了聚脲涂层的性能。
本发明还提供了上述技术方案所述动力电池托盘用多功能聚脲涂层或所述制备方法制备的动力电池托盘用多功能聚脲涂层在动力电池托盘中的应用。在本发明中，所述多功能聚脲涂层涂覆于动力电池托盘表面，起到保护动力电池托盘的作用。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
组分A和组分B的质量比为：1:1.3；
组分A原料(重量份数)：
改性二苯基甲烷二异氰酸酯50份，聚氧化丙烯二醇PPG2000 25份，碳酸丙烯酯DBGA 8份，聚磷酸铵APP 5份，三聚氰胺聚磷酸盐MPP 5份，改性碳纳米纤维7份；
表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH的制备：取5g碳纳米纤维(直径120nm，长度10μm)和80mL 75wt％浓硝酸放入装有磁力转子的300mL单颈圆底烧杯中，在25kHz下超声处理10min，装上球型冷凝管及尾气吸收管，加热到120℃，搅拌并回流下反应2h，反应结束后，用1000mL去离子水稀释，用Φ0.22μm混纤微孔滤膜抽滤，用去离子水反复洗涤多次至中性，80℃真空干燥24h，得到酸化碳纳米纤维CNF-COOH；
取2g酸化碳纳米纤维CNF-COOH和80mL二氯亚砜放入装有磁力转子的300mL单颈圆底烧杯中，在25kHz下超声处理10min，然后加热到75℃，搅拌并回流下反应24h，减压蒸馏除去过量亚硫酰氯，得到酰化碳纳米纤维CNF-COCl；
取1.5g酰化碳纳米纤维CNF-COCl和80mL乙二醇放入装有磁力转子的300mL单颈圆底烧杯中，在25kHz下超声处理10min，然后在120℃下反应48h，反应结束后，用1000mL去离子水稀释，用Φ0.22μm混纤微孔滤膜抽滤除去过量的乙二醇和副产物，反复用去离子水洗涤后，80℃真空干燥，得到表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH；
改性碳纳米纤维的制备：取3g表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH、1mL甲基三甲氧基硅烷MTMS和3mL H2O置于密闭反应皿中，在25℃下反应10min，然后置于120℃干燥器中干燥6h，得到改性碳纳米纤维；
改性二苯基甲烷二异氰酸酯的制备：在氮气保护的三颈烧瓶中，将1g表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH加入200g二苯基甲烷二异氰酸酯中，在45kHz下超声处理40min，然后按照1800r/min的速率搅拌5h，得到改性二苯基甲烷二异氰酸酯；
组分A的制备：将改性二苯基甲烷二异氰酸酯和PPG2000加入反应釜中，在氮气气氛、60℃下反应3h，再依次加入APP、MPP、改性碳纳米纤维和DBGA，按照2000r/min的速率搅拌4h，得到A组分，NCO值为12％，粘度为750mPa·s。
组分B原料(重量份数)：
二乙基甲苯二胺DETDA 20份，N，N’-二烷基甲基二胺5份，端氨基聚醚D2000 44份，石墨烯粉2份，偶氮二异丁腈AIBN 1份，改性纳米三氟化铈6份，改性纳米三氟化镧3份，乙酸正丁酯10份，氟碳改性丙烯酸酯流平剂AKN-3600 2份，消泡剂DU-964 2份，硅烷偶联剂KH550 5份；
改性纳米三氟化铈的制备：将15g纳米三氟化铈溶解在80℃25mL羟基硅酸镁中，搅拌均匀，加入5g油酸和2g聚二甲基硅氧烷，搅拌1h，然后在120℃下烘干5h，得到改性三氟化铈；
改性纳米三氟化镧的制备：将15g纳米三氟化镧与100mL无水乙醇混合，用磁力搅拌器按照1500r/min的速率搅拌1h，使其均匀分散，然后加入氨水，调节pH值至中性，得到纳米三氟化镧悬浮液；将5mL乙烯基三乙氧基硅烷和5mL六甲基二硅氮烷加入上述纳米三氟化镧悬浮液中，在60℃下，按照1800r/min的速率搅拌24h，所得样品用布氏漏斗过滤，并用乙醇反复冲洗、抽滤3次，再在60℃下真空干燥4h，得到改性纳米三氟化镧；
组分B的制备：将除助剂以外的原料加入反应釜中，按照2000r/min的速率搅拌30min，升温至90℃加热3h，再依次加入乙酸乙酯、流平剂AKN-3600、消泡剂DU-964和硅烷偶联剂KH550，按照1500r/min的速率搅拌20min得到B组分。
聚脲涂层的制备：在60℃下，将组分A和组分B在动态混合室内混合均匀，然后采用高压喷涂机喷涂进行喷涂，经固化后得到动力电池托盘用多功能聚脲涂层。按照GB9278-08-T涂料试样状态调节和试验的温湿度的规定条件，将聚脲涂层放置7天后进行性能测试，测试结果见表1。
图1为本实施例制备的聚脲涂层的表面接触角示意图。
实施例2
组分A和组分B的质量比为：1:1.5；
组分A原料(重量份数)：
改性异佛尔酮二异氰酸酯50份，聚氧化丙烯二醇PPG2000 10份，阻燃型聚醚多元醇POP3628H 15份，碳酸丙烯酯DBGA 8份，三羟甲基氧化膦THPO 5份，三聚氰胺聚磷酸盐MPP3份，改性碳纳米纤维9份；
改性异佛尔酮二异氰酸酯制备：在氮气保护的三颈烧瓶中，将2g实施例1制备的表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH加入200g异佛尔酮二异氰酸酯中，在45kHz下超声处理45min，然后按照2000r/min的速率搅拌6h，得到改性异佛尔酮二异氰酸酯；
组分A的制备：将改性异佛尔酮二异氰酸酯、PPG2000和POP3628H加入反应釜中，在氮气气氛、60℃下反应3h，再依次加入THPO、MPP、改性碳纳米纤维和DBGA，按照1800r/min的速率搅拌4h，得到A组分，NCO值为14％，粘度为750mPa·s。
组分B原料(重量份数)：
二乙基甲苯二胺DETDA 20份，N，N’-二烷基甲基二胺5份，端氨基聚醚D2000 44份，石墨烯粉2份，偶氮二异丁腈AIBN 1份，改性纳米三氟化铈6份，改性纳米三氟化镧3份，乙酸正丁酯10份，氟碳改性丙烯酸酯流平剂AKN-3600 2份，消泡剂DU-964 2份，硅烷偶联剂KH550 5份；
组分B的制备：将除助剂以外的原料加入反应釜中，按照2000r/min的速率搅拌30min，升温至90℃加热3h，再依次加入乙酸乙酯、流平剂AKN-3600、消泡剂DU-964和硅烷偶联剂KH550，按照2000r/min的速率搅拌20min得到B组分。
聚脲涂层的制备：在50℃下，将组分A和组分B在动态混合室内混合均匀，然后采用高压喷涂机喷涂进行喷涂，经固化后得到动力电池托盘用多功能聚脲涂层。按照GB9278-08-T涂料试样状态调节和试验的温湿度的规定条件，将聚脲涂层放置7天后进行性能测试，测试结果见表1。
图2为本实施例制备的聚脲涂层的表面接触角示意图。
实施例3
组分A和组分B的质量比为：1:1.3；
组分A原料(重量份数)：
改性二苯基甲烷二异氰酸酯47份，聚氧化丙烯二醇PPG2000 5份，阻燃型聚醚多元醇POP3628H 18份，碳酸丙烯酯DBGA 10份，超支化含磷聚氨酯HPPU 10份，改性碳纳米纤维10份；
组分A的制备：将改性二苯基甲烷二异氰酸酯、PPG2000和POP3628H加入反应釜中，在氮气气氛、60℃下反应3h，再依次加入HPPU、改性碳纳米纤维和DBGA，按照2000r/min的速率搅拌4h，得到A组分，NCO值为15％，粘度为800mPa·s。
组分B原料(重量份数)：
二乙基甲苯二胺DETDA 10份，N，N’-二烷基甲基二胺18份，端氨基聚醚T5000 50份，石墨烯粉1份，偶氮二异丁腈AIBN 1份，改性纳米三氟化铈4份，改性纳米三氟化镧5份，乙酸正丁酯7份，氟碳改性丙烯酸酯流平剂AKN-3600 2份，消泡剂DU-964 1份，硅烷偶联剂KH570 2份；
组分B的制备：将除助剂以外的原料加入反应釜中，按照2000r/min的速率搅拌30min，升温至90℃加热3h，再依次加入乙酸乙酯、流平剂AKN-3600、消泡剂DU-964和硅烷偶联剂KH550，按照1800r/min的速率搅拌20min得到B组分。
聚脲涂层的制备：在70℃下，将组分A和组分B在动态混合室内混合均匀，然后采用高压喷涂机喷涂进行喷涂，经固化后得到动力电池托盘用多功能聚脲涂层。按照GB9278-08-T涂料试样状态调节和试验的温湿度的规定条件，将聚脲涂层放置7天后进行性能测试，测试结果见表1。
图3为本实施例制备的聚脲涂层的表面接触角示意图。
表1实施例1～3制备的聚脲涂层的性能测试结果
实施例1 实施例2 实施例3
拉伸强度(MPa) 40 38 35
断裂伸长率(％) 450 420 380
撕裂强度(kN/m) 121 103 123
耐盐雾(h) 2000 2000 2000
UL-94阻燃测试 V0 V0 V0
附着力，45钢(MPa) 16.57 18.67 17.56
接触角(°) 153 150 155
由以上实施例可以看出，本发明提供的动力电池托盘用多功能聚脲涂层具有超疏水性、高阻燃性能和极高的抗冲击性，拉伸强度为40MPa，断裂伸长率为450％，撕裂强度为121kN/m，接触角为153°，UL-94阻燃测试为V0，与45钢的附着力为16.57MPa，耐盐雾为2000h。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种动力电池托盘用多功能聚脲涂层，由组分A和组分B固化而成；所述组分A和组分B的质量比为1:1.3～1.5；
按重量份数计，制备所述组分A的原料包括：30～55份改性异氰酸酯、20～40份聚醚多元醇、1～10份稀释剂、1～10份阻燃剂和2～10份改性碳纳米纤维；
所述改性异氰酸酯为表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH改性异氰酸酯；
所述改性碳纳米纤维的制备方法为：用甲基三甲氧基硅烷对表面带有羟基的碳纳米纤维CNF-OH进行改性，得到改性碳纳米纤维；
按重量份数计，制备所述组分B的原料包括：10～28份扩链剂、30～55份端氨基聚醚、5～15份稀释剂、1～5份石墨烯、1～10份发泡剂、4～6份改性纳米三氟化铈、3～5份改性纳米三氟化镧和12～20份助剂；
所述改性纳米三氟化铈的制备方法包括：将溶解在羟基硅酸镁中的纳米三氟化铈与油酸和聚二甲基硅氧烷混合进行改性，得到改性纳米三氟化铈；
所述改性纳米三氟化镧的制备方法包括：以乙烯基三乙氧基硅烷和六甲基二硅氮烷为改性剂，对纳米三氟化镧进行水热改性处理，得到改性纳米三氟化镧。
2.根据权利要求1所述的动力电池托盘用多功能聚脲涂层，其特征在于，所述改性异氰酸酯中的异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的动力电池托盘用多功能聚脲涂层，其特征在于，所述聚醚多元醇包括聚氧化丙烯二醇、阻燃型聚醚多元醇和聚四氢呋喃二醇中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的动力电池托盘用多功能聚脲涂层，其特征在于，所述组分A和组分B中的稀释剂独立地包括碳酸丙烯酯或乙酸正丁酯。
5.根据权利要求1所述的动力电池托盘用多功能聚脲涂层，其特征在于，所述阻燃剂包括聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐、三羟甲基氧化膦、磷酸盐和超支化含磷聚氨酯中一种或多种。
6.根据权利要求1所述的动力电池托盘用多功能聚脲涂层，其特征在于，所述扩链剂包括二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺和N，N’-二烷基甲基二胺中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的动力电池托盘用多功能聚脲涂层，其特征在于，按重量份数计，所述助剂包括7～10份乙酸乙酯、2～3份流平剂、1～2份消泡剂和2～5份硅烷偶联剂。
8.根据权利要求1所述的动力电池托盘用多功能聚脲涂层，其特征在于，所述发泡剂包括偶氮二异丁腈或N，N’-二甲基-N，N’-二亚硝基对苯二甲酰胺。
9.权利要求1～8任意一项所述的动力电池托盘用多功能聚脲涂层的制备方法，包括：在50～70℃下，将组分A和组分B混合，再进行喷涂，得到动力电池托盘用多功能聚脲涂层。
10.权利要求1～8任一项所述动力电池托盘用多功能聚脲涂层或权利要求9所述制备方法制备的动力电池托盘用多功能聚脲涂层在动力电池托盘中的应用。
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