专利名称:一种新型纳米复合聚脲涂层的制作方法
技术领域:
本发明属于新型复合材料领域,涉及一种纳米复合涂层。更具体的说,本发明涉及 一种纳米粉体复合芳香族聚脲涂层。本发明所制得的纳米聚脲复合涂层,可以作为混凝土 和钢结构等的腐蚀防护涂层,用于海洋船艇防蚀、工业化学储罐防蚀、建筑防水等用领域。
背景技术:
聚脲涂料是近年来发展起来的一种新型涂料,其以100%的固含量和优异的耐磨 性、耐蚀性等理化性能在混凝土保护和钢结构防水、防腐蚀等领域取得广泛应用。目前的芳香族聚脲对光敏感性较高,暴露在自然环境中的聚脲涂层变色较为严重 (黄微波.喷涂聚脲弹性体技术[M].北京化学工业出版社.2005. P49),严重限制了其应 用场合。近年来,随着纳米技术的发展,特别是纳米技术与表面技术的结合为涂层材料的 开发带来新的机遇。由于纳米材料具有大的比表面积、优良的表面吸附浓集效应、吸附定 向效应和量子尺寸效应(孙锦宜,林西平.环保催化材料及应用[M].北京化学工业出版 社.2002. P307),使得复合涂层的理化性大大提高。纳米粉体是一种超微细粉末,粒径小于lOOnm,通常为20 60nm,化学纯度高,分 散性好,比表面积大。纳米粉体表面都存在不饱和的残键以及不同键合状态的羟基,表面因 缺氧而偏离了稳态的结构。因纳米粉体具有很高的活性,复合涂层会产生许多特别的诸如 光学屏蔽等性质,而具有很广泛的用途。材料的光学性能是由其对太阳光的反射性能或吸收性能所决定的。纳米粉体由于 尺寸小到几个纳米或十几个纳米而表现出奇异的小尺寸效应和表面界面效应,因而其光学 性能也与常规的块体及粗颗粒材料不同。
发明内容
基于对聚脲涂层的研究,本发明通过调整聚脲涂料中各种原材料的比例成分、工 艺参数等,获得一种新型的纳米复合聚脲涂层。本发明的目的在于开发一种新型的纳米复合聚脲涂层,是将A组分和混合有纳米 粉体的B组分进行混合制得。所述纳米复合聚脲涂层中A组分的质量百分比含量为47 % 55. 5 %,所述A组分 是以碳化二亚胺改性二苯甲烷_4,4’ - 二异氰酸酯(143L)和聚醚三元醇(TEP-330N)为原 料,在保护性气氛下加热至60 110°C保温2 5h制得A组分。本发明依据聚脲的反应特 点,A组分中异氰酸酯(NCO)含量控制在15% 17% (wt)左右。所述纳米复合聚脲涂层中B组分的质量百分比含量为40% 48%,所述B组分是 以4,4-亚甲基双[N-仲丁基苯胺]、端氨基聚醚D-2000、端氨基聚醚D-400和端氨基聚醚 T-5000为原料,混合制得组分B。所述端氨基聚醚D-2000是伯胺基封端的聚环氧丙烷化合物。其结构式
其中 x 33。所述端氨基聚醚d-400也是伯胺基封端的聚环氧丙烷化合物。其结构式
其中 x 6.1。所述端氨基聚醚τ-5000是伯胺基封端的聚环氧丙烷化合物。其结构式 上述4,4-亚甲基双[n-仲丁基苯胺]、端氨基聚醚d-2000、端氨基聚醚d-400、端 氨基聚醚t-5000在b组分中所占比例如下表所示 本发明所述纳米粉体在所述纳米复合聚脲涂层中所占比例为0. 3% 8% (wt)。 所述纳米粉体可为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氧化二锑、纳米氢氧化铝、纳米氧 化锌中的任一种或多种。较为优选的是,a组分中143l与tep-330n质量比为3 2。a组分中nco含量为 16. 6% (wt)。所述纳米复合聚脲涂层是通过将A组分和混合有纳米粉体的B组分按体积比 1 1进行混合获得的。所述纳米聚脲涂层的生成反应为
反应中必
须有脲键
的生成。本发明所制得的纳米聚脲复合涂层,由于具有较好的光稳定性能和良好的耐蚀 性,可以作为混凝土和钢结构等的腐蚀防护涂层,用于海洋船艇防蚀、工业化学储罐防蚀、 建筑防水等用领域
附图1为纳米复合聚脲涂层的宏观图片。附图2为纳米复合聚脲涂层的sem图。附图3为纳米复合聚脲涂层的fesem图。
附图4为纳米复合聚脲涂层的EDS图。附图5为纳米粉体含量为1. 50%、厚0. 5mm的涂层人工老化72h后纳米复合聚脲涂层的SEM图。附图6为纳米粉体含量为0. 50%、厚0. 5mm的复合涂层浸泡200天后EIS图谱。附图7为纳米粉体含量为1. 50%、厚0. 5mm的复合涂层浸泡200天后EIS图谱。
具体实施例方式实施例1A组分制备称量600g 143L与400g TEP-330N,在保护性气氛60 110°C保温 2 5h制得A组分IOOOg0纳米粉体的添加采用纳米二氧化硅粉体代表所述纳米粉体,制备所述纳米复合 聚脲涂层。将9. 46g纳米二氧化硅粉体添加到57. 42gD-400中,充分混合、分散。混合有纳米粉体B组分制备将添加纳米二氧化硅粉体的D-400与 348. 94gD-2000、477. 03g4,4-亚甲基双[N-仲丁基苯胺]共混,制得混合有纳米粉体的B组 分。纳米复合聚脲涂层的制备将上述A组分和混合有纳米粉体的B组分按体积比 1 1进行混合,即制得所述纳米复合聚脲涂层。在制得的上述涂层中A组分的质量分数为 52. 83%、B组分的质量分数为46. 67%、纳米二氧化硅粉体的质量分数为0. 50%。附图1为纳米复合聚脲涂层的宏观图片,附图2为纳米复合聚脲涂层的SEM图,附 图3为纳米复合聚脲涂层的FESEM图,附图4为纳米复合聚脲涂层的EDS图;图6即为该实 施例制备0. 5mm厚纳米粉体聚脲涂层在3. 5% (wt)NaCl溶液中浸泡200天后的阻抗图谱。 浸泡后,涂层电阻仍维持在IO11 Ω以上,仍保持良好的电容性能。涂层对腐蚀性介质具有良 好的隔离性。实施例2采用如实施例1所述的方法制备IOOOgA组分。纳米粉体的添加采用纳米二氧化硅粉体代表所述纳米粉体,制备所述纳米复合 聚脲涂层。将28. 68g纳米二氧化硅粉体添加到127. 21gD-400中,充分混合、分散。混合有纳米粉体B组分制备将添加纳米二氧化硅粉体的D-400与 226. 15gD-2000、441.69g4,4-亚甲基双[N-仲丁基苯胺]以及88. 34g T-5000共混,制得混 合有纳米粉体的B组分。纳米复合聚脲涂层的制备将上述A组分和混合有纳米粉体的B组分按体积比 1 1进行混合,即制得所述纳米复合聚脲涂层。在制得的上述涂层中A组分的质量分数为 52. 30%, B组分的质量分数为46. 20%、纳米二氧化硅粉体的质量分数为1. 50%。图5为 纳米粉体含量为1. 50%、厚0. 5mm的涂层人工老化72h后纳米复合聚脲涂层的SEM图,如 图5所示,将所得纳米粉体含量为1. 50%涂层进行人工加速老化。图7即为该实施例制备 0. 5mm厚纳米粉体聚脲涂层在3. 5% (wt)NaCl溶液中浸泡200天后的阻抗图谱。浸泡后, 涂层电阻仍维持在10"Ω以上,仍保持良好的电容性能。涂层对腐蚀性介质仍具有良好的 隔离性。实施例3
采用如实施例1所述的方法制备1000gA组分。纳米粉体的添加采用纳米氧化锌粉体代表所述纳米粉体,制备所述纳米复合聚 脲涂层。将18. 83g纳米氧化锌粉体添加到124.50gD-400中,充分混合、分散。混合有纳米粉体B组分制备将添加纳米氧化锌粉体的D-400与221. 33gD_2000、 432. 28g4,4-亚甲基双[N-仲丁基苯胺]以及86. 45T-5000共混,制得混合有纳米粉体的B 组分。纳米复合聚脲涂层的制备将上述A组分和混合有纳米粉体的B组分按体积比 1 1进行混合,即制得所述纳米复合聚脲涂层。在制得的上述涂层中A组分的质量分数为 53. 10%、B组分的质量分数为45. 90%、纳米二氧化硅粉体的质量分数为1. 00%。本发明所生产的涂层可以应用到新建的海洋钢结构防蚀和混凝土防水等领域。以 上对本发明的实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为 用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属 于本发明的专利涵盖范围之内。本发明的范围和精神由权利要求书限定。
权利要求
一种新型纳米复合聚脲涂层,其特征在于所述纳米复合聚脲涂层是将A组分和混合有纳米粉体的B组分进行混合制得;其中,所述纳米复合聚脲涂层中A组分的质量百分比含量为47%~55.5%,是以碳化二亚胺改性二苯甲烷-4,4’-二异氰酸酯和聚醚三元醇为原料,在保护性气氛下加热至60~110℃保温2~5h,并控制异氰酸酯含量,制得所述A组分;所述纳米复合聚脲涂层中B组分的质量百分比含量为40%~48%,是以4,4-亚甲基双[N-仲丁基苯胺]、端氨基聚醚D-2000、端氨基聚醚D-400、端氨基聚醚T-5000为原料制得B组分;所述纳米复合聚脲涂层中纳米粉体所占质量百分比含量为0.3%~8%。
2.根据权利要求1所述的新型纳米复合聚脲涂层,其特征在于所述B组分中各组分 的质量百分比含量为4,4_亚甲基双[N-仲丁基苯胺]:18% 38%,端氨基聚醚0-400 6 % 22 %,端氨基聚醚D-2000 :40 % 55 %,端氨基聚醚T-5000 :0 % 10 %。
3.根据权利要求1所述的新型纳米复合聚脲涂层,其特征在于所述纳米粉体是纳米 二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氧化二锑、纳米氢氧化铝、纳米氧化锌中的任一种或多种。
4.根据权利要求1所述的新型纳米复合聚脲涂层,其特征在于所述A组分中异氰酸 酯(NC0)含量控制在15% 17%。
5.根据权利要求1或4所述的新型纳米复合聚脲涂层,其特征在于所述A组分中碳 化二亚胺改性二苯甲烷_4,4’_ 二异氰酸酯和聚醚三元醇的质量比为3 2,控制异氰酸酯 含量为16.6%。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的新型纳米复合聚脲涂层,其特征在于所述纳 米复合聚脲涂层是将A组分和混合有纳米粉体的B组分按体积比11进行混合制得。
7.根据权利要求5所述的新型纳米复合聚脲涂层,其特征在于所述纳米复合聚脲涂 层是将A组分和混合有纳米粉体的B组分按体积比11进行混合制得。
全文摘要
本发明提出一种新型纳米复合聚脲涂层,所述新型纳米复合聚脲涂层是将以碳化二亚胺改性二苯甲烷-4,4’-二异氰酸酯和聚醚三元醇为原料制得的A组分和混合有纳米粉体的B组分进行混合制得;其中,所述纳米复合聚脲涂层中A组分的质量百分比含量为47%~55.5%,B组分的质量百分比含量为40%~48%,纳米粉体所占质量百分比含量为0.3%~8%。本发明所制得的纳米聚脲复合涂层,由于具有较好的光稳定性能和良好的耐蚀性,可以作为混凝土和钢结构等的腐蚀防护涂层,用于海洋船艇防蚀、工业化学储罐防蚀、建筑防水等应用领域。
文档编号C09D5/08GK101857769SQ20101018048
公开日2010年10月13日 申请日期2010年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者俞宏英, 孙冬柏, 孟惠民, 李全德, 汪相辰 申请人:北京科技大学