CN116144252A - 一种无溶剂自清洁弹性聚脲涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种无溶剂自清洁弹性聚脲涂料及其制备方法。本发明的无溶剂自清洁弹性涂料包括一种无溶剂自清洁弹性聚脲涂料，包括A组分和B组分，A组分包含的成分及其重量：六亚甲基二异氰酸酯65~75份，六亚甲基二异氰酸酯三聚体25~35份；B组分包含的成分及其重量：聚天门冬氨酸酯70~80份、氟改性羟基磷灰石1~10份、颜填料5~10份、消泡剂1~4份、流平剂1~3份、附着力促进剂2~5份、偶联剂1~3份；所述A组分与B组分的质量比为3~5:1。本发明通过在涂料中引入氟改性羟基磷灰石使得涂层的硬度、耐磨性和自清洁能力均得到改善。

Description

一种无溶剂自清洁弹性聚脲涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种无溶剂自清洁弹性聚脲涂料及其制备方法。
背景技术
聚脲是由异氰酸酯组分与氨基化合物反应而成的弹性体材料，是一种分子结构中含有重复脲基的无溶剂的绿色涂料。聚天冬氨酸酯聚脲是一种脂肪族、慢反应、高性能材料，由于其优异的性能得到了人们的重视。
聚天冬氨酸酯聚脲由于仲胺活性较弱使得反应速度减缓、对基材的附着力提升，固含量较高，不含有VOC等优点。然后在近些年的发展中，聚天冬氨酸酯聚脲材料也存在一些问题，如作为金属防腐面漆时，其硬度和耐磨性还有待提高。在一些特定场合时聚天冬氨酸酯聚脲材料的自清洁能力也存在不足。由于以上性能上的缺陷，聚天冬氨酸酯聚脲在市场上还有很大的提升空间。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种无溶剂自清洁弹性聚脲涂料及其制备方法。
具体地，本发明提供一种无溶剂自清洁弹性聚脲涂料，包括A组分和B组分，A组分包含的成分及其重量：六亚甲基二异氰酸酯65~75份，六亚甲基二异氰酸酯三聚体25~35份；B组分包含的成分及其重量：聚天门冬氨酸酯70~80份、氟改性羟基磷灰石1~10份、颜填料5~10份、消泡剂1~4份、流平剂1~3份、附着力促进剂2~5份、偶联剂1~3份；所述A组分与B组分的质量比为3~5:1。
通过在聚脲涂料中加入氟改性羟基磷灰石，大大提高了聚脲涂层的硬度和耐磨性。
进一步地，消泡剂选自乙二醇硅氧烷或聚二甲基硅氧烷；流平剂选自醋丁纤维素或非离子型丙烯酸酯；附着力促进剂选自三缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷或氨丙基三乙氧基硅烷；偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷或3-脲基丙基三甲氧基硅烷；颜填料可根据所需选择二氧化钛或者炭黑。
进一步地，本发明中氟改性羟基磷灰石的合成方法为：S1、将磷酸氢二钠和十六烷基三甲基溴化铵以摩尔比4:3加入到反应容器中，并搅拌；
S2、调节步骤S1中的溶液pH至9.5,然后加热至50℃并超声5分钟；
S3、向步骤S2得到的溶液中，缓慢添加氯化钙溶液，最终添加的氯化钙与步骤S1中磷酸氢二钠的摩尔比为5：3，调节pH值在7.4~10之间，从而得到羟基磷灰石溶胶；
S34、向步骤S3得到的羟基磷灰石溶胶中，缓慢滴加NaF溶液，NaF的含量为以步骤S3中的氯化钙摩尔含量计的10%~20%，得到氟改性羟基磷灰石溶胶；
S35、完成步骤S4后、溶胶体系继续超声30 min，随后过滤得到沉淀；
S36、将步骤S5中的沉淀在真空干燥箱中室温下干燥得到氟改性羟基磷灰石纳米颗粒。
进一步地，步骤S34中的pH为7.5~10。
进一步地，步骤S34中的pH为7.5。
通过选择合适的pH，提高氟离子与OH-的竞争反应，提升改性羟基磷灰石中氟离子的含量。
进一步地，本发明提供一种无溶剂自清洁弹性聚脲涂料的制备方法，将得到的A组合和B组分混合搅拌均匀即可。
本发明的有益效果：
（1）通过在聚脲涂料中加入氟改性羟基磷灰石，由于羟基磷灰石中的加入，大大提高了聚脲涂层的硬度和耐磨性。
（2）通过对羟基磷灰石改性，加入的氟离子对羟基磷灰石进行改性，并选择适宜的pH，提高了涂层的自清洁能力。
具体实施方式
实施例1 聚天门冬氨酸酯的合成方法
聚天门冬氨酸酯采用以下步骤制备得到：先按照二环己基甲烷二胺、异佛尔酮二胺的质量比为1：0.75称得原材料，将二环己基甲烷二胺、异佛尔酮二胺加入到带有搅拌器、温度计的四口烧瓶中，开动搅拌并通入氮气，多次氮气和抽真空循环，将容器内的空气和杂质去除，然后将温度升至50℃，缓慢滴加马来酸二乙酯，将滴加时间控制在1h，滴加完毕后升温至150℃，反应4h。
在使用时将A组分和B组分混合搅拌均匀即可，后续实施例中不再赘述。
实施例2 羟基磷灰石纳米球的制备
S1、将磷酸氢二钠和模板剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）以摩尔比4:3加入到反应容器中，并搅拌；
S2、调节步骤S1中的溶液pH至9.5,然后加热至50℃并超声5分钟；
S3、向步骤S2得到的溶液中，缓慢添加氯化钙溶液，最终添加的氯化钙与步骤S1中磷酸氢二钠的摩尔比为5：3，调节pH值在7.4~10之间，从而得到羟基磷灰石溶胶；
S4、完成步骤S3后、溶胶体系继续超声30 min，随后过滤得到沉淀；
S5、将步骤S4中的沉淀在真空干燥箱中室温下干燥得羟基磷灰石纳米颗粒。
实施例3氟改性羟基磷灰石纳米球的制备
步骤S1至S3与实施例2中的S1至S3相同。
S34、向步骤S3得到的羟基磷灰石溶胶中，缓慢滴加NaF溶液，NaF的含量为以步骤S3中的氯化钙摩尔含量计的10%~20%，得到氟改性羟基磷灰石溶胶；
S35、完成步骤S34后、溶胶体系继续超声30 min，随后过滤得到沉淀；
S36、将步骤S35中的沉淀在真空干燥箱中室温下干燥得到氟改性羟基磷灰石纳米颗粒。
实施例4
一种无溶剂自清洁弹性聚脲涂料，其中A组分包含的成分及其重量份数记：六亚甲基二异氰酸酯（HDI）65份，六亚甲基二异氰酸酯三聚体35份；其中B组分包含的成分及其重量百分比为：聚天门冬氨酸酯70份、氟改性羟基磷灰石5份、颜填料10份、消泡剂4份、流平剂3份、附着力促进剂5份、偶联剂3份；所述A组分与B组分的质量比为3:1。
实施例5
一种无溶剂自清洁弹性聚脲涂料，其中A组分包含的成分及其重量百分比为：六亚甲基二异氰酸酯（HDI）75份，六亚甲基二异氰酸酯三聚体25份；其中B组分包含的成分及其重量百分比为：聚天门冬氨酸酯75份、氟改性羟基磷灰石5份、颜填料10份、消泡剂3份、流平剂2份、附着力促进剂3份、偶联剂2份；所述A组分与B组分的质量比为4:1。
实施例6
一种无溶剂自清洁弹性聚脲涂料，其中A组分包含的成分及其重量百分比为：六亚甲基二异氰酸酯70份，六亚甲基二异氰酸酯三聚体30份；其中B组分包含的成分及其重量百分比为：聚天门冬氨酸酯80份、氟改性羟基磷灰石5份、颜填料9份、消泡剂1份、流平剂1份、附着力促进剂1份、偶联剂1份；所述A组分与B组分的质量比为5:1。
实施例7
为了考察pH对氟改性羟基磷灰石合成的影响，控制实施例3中步骤S4中的pH，将得到的氟改性羟基磷灰石的含量为5份，其余组分与实施例5中相同。
表1
Figure SMS_1
由表1中结果可以看出，随着碱性的增强，接触角逐渐降低，推测是因为碱性浓度增加，OH-的浓度增加，降低了F-置换羟基磷灰石中的OH-，使得改性后的羟基磷灰石中F-含量减少。
实施例8
为考察不同含量氟改性羟基磷灰石纳米球对无溶剂自清洁弹性聚脲涂料性能的影响，分别制备含有未改性羟基磷灰石纳米球和氟改性羟基磷灰石纳米球的涂料，进行性能测试，其余的组分同实施例5中相同。
表2
/ 邵氏D硬度（HD） 耐磨性（L/μm） 水接触角（°）
未添加改性羟基磷灰石纳米球 50 2.0 86.3
5份未改性羟基磷灰石纳米球 88 3.5 87.2
1份氟改性羟基磷灰石纳米球 62 2.5 95.4
3份氟改性羟基磷灰石纳米球 83 3.3 107.3
5份氟改性羟基磷灰石纳米球 89 3.6 108.3
7份氟改性羟基磷灰石纳米球 82 3.3 107.3
10份氟改性羟基磷灰石纳米球 80 3.2 107.2
其中邵氏D硬度采用GB/T2411，耐磨性SY/T0315-2005附录J种的方法。
从结果中可以看出，随着羟基磷灰石的加入，聚脲涂层的硬度和耐磨性均得到显著的提升。是否氟改性对涂层的硬度和耐磨性影响不大，主要是羟基磷灰石本身在对涂层的物理强度起作用。而氟改性羟基磷灰石制备的涂料相对于未改性的羟基磷灰石制备的涂料大大提高了涂层的对水的接触角，提高了涂层的自清洁能力。

Claims (8)

1.一种无溶剂自清洁弹性聚脲涂料，其特征在于：包括A组分和B组分，所述A组分包含的成分及其重量：六亚甲基二异氰酸酯65~75份，六亚甲基二异氰酸酯三聚体25~35份；
所述B组分包含的成分及其重量：聚天门冬氨酸酯70~80份、氟改性羟基磷灰石1~10份、颜填料5~10份、消泡剂1~4份、流平剂1~3份、附着力促进剂2~5份、偶联剂1~3份；所述A组分与B组分的质量比为3~5:1。
2.根据权利要求1所述的一种无溶剂自清洁弹性聚脲涂料，其特征在于：所述A组分包含的成分及其重量百分比为：六亚甲基二异氰酸酯70份，六亚甲基二异氰酸酯三聚体30份。
3.根据权利要求1所述的一种无溶剂自清洁弹性聚脲涂料，其特征在于：所述聚天门冬氨酸酯是由二环己基甲烷二胺、异佛尔酮二胺和马来酸二乙酯制备而成。
4.根据权利要求1所述的一种无溶剂自清洁弹性聚脲涂料，其特征在于：所述氟改性羟基磷灰石的含量为5份。
5.根据权利要求1所述的一种无溶剂自清洁弹性聚脲涂料，其特征在于，所述氟改性羟基磷灰石的合成方法为：
S1、将磷酸氢二钠和十六烷基三甲基溴化铵以摩尔比4:3加入到反应容器中，并搅拌；
S2、调节步骤S1中的溶液pH至9.5,然后加热至50℃并超声5分钟；
S3、向步骤S2得到的溶液中，缓慢添加氯化钙溶液，最终添加的氯化钙与步骤S1中磷酸氢二钠的摩尔比为5：3，调节pH值在7.4~10之间，从而得到羟基磷灰石溶胶；
S34、向步骤S3得到的羟基磷灰石溶胶中，缓慢滴加NaF溶液，NaF的含量为以步骤S3中的氯化钙摩尔含量计的10%~20%，得到氟改性羟基磷灰石溶胶；
S35、完成步骤S34后、溶胶体系继续超声30 min，随后过滤得到沉淀；
S36、将步骤S35中的沉淀在真空干燥箱中室温下干燥得到氟改性羟基磷灰石纳米颗粒。
6.如权利要求5中所述一种无溶剂自清洁弹性聚脲涂料，其特征在于：调节步骤S34中溶液的pH为7.5~10。
7.如权利要求6中所述一种无溶剂自清洁弹性聚脲涂料，其特征在于：调节步骤S34中溶液的pH为7.5。
8.一种如权利要求1~7任意一项所述的一种无溶剂自清洁弹性聚脲涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将A组分和B组分混合搅拌均匀即可。
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