一种金属用聚氨酯涂料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属防腐涂料技术领域，尤其涉及一种金属用聚氨酯涂料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚氨酯以其优异的抗疲劳韧性和抗磨蚀性已广泛用于矿山运输、混凝土搅拌机衬里等领域的干态抗磨蚀和泥沙湿态抗磨蚀涂层，随着聚氨酯物理性能和施工工艺的不断改进，聚氨酯弹性涂层在水利工程中用作水下混凝土、钢结构抗冲磨防护涂层也越来越频繁，并表现出良好的耐高低温韧性、抗疲劳性和耐气蚀磨损性能，取得了较好的效果，但也存在某些局限，例如，聚氨酯链上的亲水性一CH20H基团易吸水，导致聚氨酯耐水性能下降，在水环境下严重影响聚氨酯涂层抗气蚀磨损性能和使用寿命；
目前关于提高水性聚氨酯耐水性的主要方法是在聚氨酯链上引入疏水结构和交联结构，其中所引入的疏水结构主要是含氟链段和含硅链段，但是含硅链段通常会降低聚氨酯涂层对基材的粘结性能，相对来说，氟元素价格昂贵，但由于含氟链段聚氨酯(FPU)兼具聚氨酯和含氟化合物的优点，表现出高强度、耐疲劳和高缓冲性能，耐水、耐溶剂和化学品性，较低的表面张力和低摩擦系数等，使得目前FPU的研究仍然成为热潮，而将氟、硅链段同时运用于聚氨酯涂料中，必将更大程度的改善其抗水性能，可以对水下工程金属材料起到很好的保护效果。
【发明内容】
[0003]本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种金属用聚氨酯涂料及其制备方法。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的:
一种金属用聚氨酯涂料，它是由下述重量份的原料组成的:
氟化镁4-10、氯化钙6-10、氯铂酸0.01-0.02、二苯基甲烷二异氰酸酯600-700、全氟烷基乙基醇340-370、聚四氢呋喃醚二醇450-490、1，4-丁二醇1_2、4_乙烯基环氧环己烷1.3-2、纳米二氧化硅90-100、含氢硅油16-20、甲醇2_3、葵二酸二辛酯30-34、壬基苯酚2-4、单硬脂酸甘油酯1-2、丙烯酰胺3-5。
[0005]—种所述的金属用聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤:
(I)将4-乙烯基环氧环己烷加入到2-3倍甲苯中，加入氯铂酸，加热到40-45°C，滴加含氢硅油，滴加完毕后，在氮气保护下，继续加热10-12小时，减压蒸馏除去甲苯，得环氧改性硅油；
(2 )将纳米二氧化硅加入到16 - 2 O倍无水乙醇中，超声分散3 - 5分钟，升高温度为50-60°C，滴加环氧改性硅油，滴加完毕后在氮气保护下搅拌反应10-12小时，抽滤，将滤饼真空干燥，得硅油改性纳米粒子；
(3)将壬基苯酚加入到4-5倍丙酮中，搅拌溶解，加入上述葵二酸二辛酯重量的30-40%、丙烯酰胺，在70-80°C下保温搅拌15-20分钟，得酮溶解液；
(4)取上述二苯基甲烷二异氰酸酯重量的5-10%，加入到1-2倍的N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，与上述酮溶解液混合，100-200转/分搅拌4-5分钟，得改性单体溶液；
(5)将上述聚四氢呋喃醚二醇在80-90°C下真空脱水2-3小时；
(6)将全氟烷基乙基醇加入到2-3倍N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，为液a ;
(7)将上述氟化镁、氯化钙混合，加入到2-3倍去离子水中，搅拌均匀，单硬脂酸甘油酯、剩余的葵二酸二辛酯，送入80-90°C水浴中，保温搅拌20-30分钟，出料冷却，脱水，与丙烯酰胺混合，搅拌均匀，得预混料；
(8)取剩余的二苯基甲烷二异氰酸酯，加入到2.8-3倍的N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，升高温度为60-65°C，通入氮气，滴加上述液a，滴加完毕后在上述温度下保温反应2-3小时，加入脱水后的聚四氢呋喃醚二醇，搅拌反应50-60分钟，加入改性单体溶液、I，4- 丁二醇，升高温度为75-80°C，保温反应1.8-2小时，得聚氨酯预聚体；
(9)在上述聚氨酯预聚体中加入硅油改性纳米粒子、预混料，搅拌均匀，升高温度为80-85°C，加入剩余各原料，超声分散10-15分钟，冷却出料，得所述涂料。
[0006]本发明的优点是:
(1)本发明形成的涂膜具有良好的抗水性:
由于低表面能的氟碳链向材料表面迀移、并在表面形成微纳米级突起结构，这些突起的结构排列形成具有“荷叶疏水效应”的有机氟膜，从而使涂膜的耐水性增强；
(2)本发明形成的涂膜与金属基材具有良好的粘结性；
低表面能的氟碳结构阻碍了水分向结合界面的浸渍和扩散，从而确保了聚氨酯与金属基材间粘结力的稳定性；
(3)发明形成的涂膜具有高抗冲蚀性能；
聚氨酯自身内部存在大量氢键结构，这些氢键结构相对聚合物中的共价键具有不严格的选择性和方向性，且主要存在于软、硬段相间并起到物理交联作用，由于引入的氟基团极性高，使硬段组分中含氟F-MDI分子间的内聚能增加，提高了硬段微区的弹性模量和抗张强度，加之近表面的键能较高，C一 F链具有很好的强度和耐水性，阻止了磨损向涂层深处的进一步扩展，同时硬段微区将一部分来自磨损颗粒和气泡溃灭的冲击功传递给弹性态的软段相，通过软段分子链的运动缓冲一部分冲击功，从而提高了含氟聚氨酯的抗冲蚀性能；
本发明将硅油改性纳米粒子很好的镶嵌于聚氨酯形成的涂膜表面，构建了微纳米双重尺度结构，极大地增加了材料表面的粗糙度，使其展现了卓越的超疏水性，同时这种环氧改性硅油修饰的Si02纳米粒子与聚氨酯的结合相对较为牢固，很难被水浸泡冲洗掉，延长了材料的使用寿命。
[0007]本发明涂料表面强度高、致密性好，与基材粘结性强，综合性能优越。
【具体实施方式】
[0008]—种金属用聚氨酯涂料，它是由下述重量份的原料组成的:
氟化镁4、氯化钙6、氯铂酸0.01、二苯基甲烷二异氰酸酯600、全氟烷基乙基醇340、聚四氢呋喃醚二醇450、1，4 丁二醇1、4乙烯基环氧环己烷1.3、纳米二氧化硅90、含氢硅油16、甲醇2、葵二酸二辛酯30、壬基苯酚2、单硬脂酸甘油酯1、丙烯酰胺3。
[0009]—种所述的金属用聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤:
(1)将4乙烯基环氧环己烷加入到2倍甲苯中，加入氯铂酸，加热到40°C，滴加含氢硅油，滴加完毕后，在氮气保护下，继续加热10小时，减压蒸馏除去甲苯，得环氧改性硅油；
(2)将纳米二氧化硅加入到16倍无水乙醇中，超声分散3分钟，升高温度为50°C，滴加环氧改性硅油，滴加完毕后在氮气保护下搅拌反应10小时，抽滤，将滤饼真空干燥，得硅油改性纳米粒子；
(3)将壬基苯酚加入到4倍丙酮中，搅拌溶解，加入上述葵二酸二辛酯重量的30%、丙烯酰胺，在70°C下保温搅拌15分钟，得酮溶解液；
(4)取上述二苯基甲烷二异氰酸酯重量的5%，加入到I倍的N，N二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，与上述酮溶解液混合，100转/分搅拌4分钟，得改性单体溶液；
(5)将上述聚四氢呋喃醚二醇在80°C下真空脱水2小时；
(6)将全氟烷基乙基醇加入到2倍N，N二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，为液a ;
(7)将上述氟化镁、氯化钙混合，加入到2倍去离子水中，搅拌均匀，单硬脂酸甘油酯、剩余的葵二酸二辛酯，送入80°C水浴中，保温搅拌20分钟，出料冷却，脱水，与丙烯酰胺混合，搅拌均匀，得预混料；
(8)取剩余的二苯基甲烷二异氰酸酯，加入到2.8倍的N，N二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，升高温度为60°C，通入氮气，滴加上述液a，滴加完毕后在上述温度下保温反应2小时，加入脱水后的聚四氢呋喃醚二醇，搅拌反应50分钟，加入改性单体溶液、1，4 丁二醇，升高温度为75°C，保温反应1.8小时，得聚氨酯预聚体；
(9)在上述聚氨酯预聚体中加入硅油改性纳米粒子、预混料，搅拌均匀，升高温度为800C，加入剩余各原料，超声分散10分钟，冷却出料，得所述涂料。
[0010]性能测试:
吸水率0.0156%，吸水前粘结力为12.81 MPa，在吸水浸泡实验浸泡3200 h后保持10.49MPa的高粘结力，空蚀量0.9352X 10 _ 3 kg。
【主权项】
1.一种金属用聚氨酯涂料，其特征在于它是由下述重量份的原料组成的: 氟化镁4-10、氯化钙6-10、氯铂酸0.01-0.02、二苯基甲烷二异氰酸酯600-700、全氟烷基乙基醇340-370、聚四氢呋喃醚二醇450-490、1，4-丁二醇1_2、4_乙烯基环氧环己烷1.3-2、纳米二氧化硅90-100、含氢硅油16-20、甲醇2_3、葵二酸二辛酯30-34、壬基苯酚2-4、单硬脂酸甘油酯1-2、丙烯酰胺3-5。2.一种如权利要求1所述的金属用聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤: (I)将4-乙烯基环氧环己烷加入到2-3倍甲苯中，加入氯铂酸，加热到40-45°C，滴加含氢硅油，滴加完毕后，在氮气保护下，继续加热10-12小时，减压蒸馏除去甲苯，得环氧改性硅油； (2 )将纳米二氧化硅加入到16 - 2 O倍无水乙醇中，超声分散3 - 5分钟，升高温度为50-60°C，滴加环氧改性硅油，滴加完毕后在氮气保护下搅拌反应10-12小时，抽滤，将滤饼真空干燥，得硅油改性纳米粒子； (3)将壬基苯酚加入到4-5倍丙酮中，搅拌溶解，加入上述葵二酸二辛酯重量的30-40%、丙烯酰胺，在70-80°C下保温搅拌15-20分钟，得酮溶解液； (4)取上述二苯基甲烷二异氰酸酯重量的5-10%，加入到1-2倍的N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，与上述酮溶解液混合，100-200转/分搅拌4-5分钟，得改性单体溶液； (5)将上述聚四氢呋喃醚二醇在80-90°C下真空脱水2-3小时； (6)将全氟烷基乙基醇加入到2-3倍N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，为液a ; (7)将上述氟化镁、氯化钙混合，加入到2-3倍去离子水中，搅拌均匀，单硬脂酸甘油酯、剩余的葵二酸二辛酯，送入80-90°C水浴中，保温搅拌20-30分钟，出料冷却，脱水，与丙烯酰胺混合，搅拌均匀，得预混料； (8)取剩余的二苯基甲烷二异氰酸酯，加入到2.8-3倍的N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，升高温度为60-65°C，通入氮气，滴加上述液a，滴加完毕后在上述温度下保温反应2-3小时，加入脱水后的聚四氢呋喃醚二醇，搅拌反应50-60分钟，加入改性单体溶液、I，4- 丁二醇，升高温度为75-80°C，保温反应1.8-2小时，得聚氨酯预聚体； (9)在上述聚氨酯预聚体中加入硅油改性纳米粒子、预混料，搅拌均匀，升高温度为80-85°C，加入剩余各原料，超声分散10-15分钟，冷却出料，得所述涂料。
【专利摘要】本发明公开了一种金属用聚氨酯涂料，它是由下述重量份的原料组成的：氟化镁4-10、氯化钙6-10、氯铂酸0.01-0.02、二苯基甲烷二异氰酸酯600-700、全氟烷基乙基醇340-370、聚四氢呋喃醚二醇450-490、1，4-丁二醇1-2、4-乙烯基环氧环己烷1.3-2、纳米二氧化硅90-100、含氢硅油16-20、甲醇2-3、葵二酸二辛酯30-34、壬基苯酚2-4、单硬脂酸甘油酯1-2、丙烯酰胺3-5。本发明涂料表面强度高、致密性好，与基材粘结性强，综合性能优越。
【IPC分类】C08G18/48, C09D175/08, C08G18/38, C08G18/76, C09D5/08, C09D7/12
【公开号】CN105111916
【申请号】CN201510537512
【发明人】汪文良
【申请人】岳西县永泰机械制造有限公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月27日