抗磨损的炭黑增强聚氨酯超疏水涂层的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种抗磨损的炭黑增强聚氨酯超疏水涂层的制备方法，其特征为：涂层由炭黑增强聚氨酯弹性体组成，涂层表面具有有序的微凸结构，涂层表面与水静止接触角超过160°，涂层按美国材料与试验协会标准ASTMD968-05（落沙磨蚀法测定有机涂层耐磨性的试验）进行耐磨损性能测试，结果表明，涂层经5公斤石英砂从高度为960毫米、内径为20毫米导管落下对涂层进行磨损试验后。涂层与水静止接触角仍保持在150°以上。涂层制备方法为如下两个步骤：步骤1）为炭黑增强聚氨酯粉末橡胶的合成；步骤2）为喷涂液的配置与涂装，涂装后，基体表面形成有序微凸结构，即超疏水涂层；该涂层可以适用于玻璃、金属、木材、陶瓷基体。
【专利说明】抗磨损的炭黑增强聚氨酯超疏水涂层的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种抗磨损的炭黑增强聚氨酯超疏水涂层的制备方法，属于涂料【技术领域】。
【背景技术】
[0002]超疏水涂层指与水滴接触角大于150°的涂层，超疏水涂层具有自清洁、防水、防冰雪粘覆功能，在日常生活、工业领域具有应用前景，超疏水涂层具有高度粗糙结构，超疏水表面遭受摩擦时，实际上由表面的微米或纳米微凸起承载压力与剪切作用，表面微凸所承载压强与剪切应力远远大于表观压强与剪切应力，从而导致表面粗糙结构因应力集中而损坏，最终导致超疏水功能失效。因此，超疏水表面在使用过程中易于遭受磨损而失效。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、工艺简单、投资成本低、容易施工、工作性能优良的聚氨酯超疏水涂层的制备方法。其技术内容为:一种抗磨损的炭黑增强聚氨酯超疏水涂层的制备方法，其特征在于:其特征在于制备方法采用以下两个步骤:步骤I)为炭黑增强聚氨酯粉末橡胶的合成:将端羟基聚丁二烯、甲苯二异氰酸酯、溶剂乙酸乙酯于70°C进行混合一小时得到聚氨酯预聚体溶液，再将聚氨酯预聚体溶液滴加到含有炭黑颗粒的乙二胺的溶液中扩链得到聚氨酯粉末橡胶分散液，滴加过程保持搅拌，得到炭黑增强的聚氨酯粉末橡胶分散液。步骤2)将环氧树脂E-44，液体聚硫橡胶、氨基硅油按一定比例加入到上述炭黑增强聚氨酯粉末橡胶分散液中，混合均匀后得到喷涂液，用喷枪喷涂于基体上，于摄氏20度固化12小时，基体表面形成有序微凸结构，即超疏水涂层；该涂层可以适用于玻璃、金属、木材、陶瓷基体。
[0004]2、所述的抗磨损的炭黑增强聚氨酯超疏水涂层的制备方法，其特征在于:步骤I)中，端羟基聚丁二烯与甲苯二异氰酸酯质量比为:2.2?2.8:1，预聚体溶液中的溶剂为乙酸乙酯，质量分数为8(Γ90%，含有炭黑颗粒的乙二胺的溶液中乙二胺质量浓度为0.5^1.0%，炭黑质量含量为0.3^0.5%，乙二胺溶液溶剂为乙酸乙酯与乙醇的混合溶剂，其中乙酸乙酯与乙醇的质量比为2.5?3.5:1，含有炭黑颗粒的乙二胺的溶液与预聚体溶液质量比为2.5?3.0:1。
[0005]3、所述的抗磨损的炭黑增强聚氨酯超疏水涂层的制备方法，其特征在于:步骤2)中，喷涂液中液体聚硫橡胶质量浓度为1.5^3.0%，环氧树脂Ε-44质量浓度为0.75^1.5%氨基硅油质量浓度为0.45、.9%.。
[0006]本发明与现有技术相比，其优点在于:
1、所制备的超疏水涂层为炭黑增强聚氨酯弹性体组成，涂层具有抗磨损性能:按美国材料与试验协会标准ASTM D 968-05 (落沙磨蚀法测定有机涂层耐磨性的试验)进行耐磨损性能测试，结果表明，涂层经5公斤石英砂从高度为960毫米、内径为20毫米导管落下对涂层进行磨损试验后。涂层与水静止接触角仍保持在150°以上。
[0007]2、弹性体是聚合物材料中力学性能独特的材料。相对于塑性材料与脆性材料，由弹性材料构建的超疏水表面在耐磨损性能方面更有优势:在遭受压力时，弹性微凸被挤入相邻的凹谷，在遭受剪切作用力时，弹性微凸会倒伏、填入相邻的凹谷，表面变成相对平滑、受力面积增加，在外力回撤后，弹性形变可以回复。但是弹性体在固化前具有流动性，无法自动形成微观有序结构，形成的涂层是光滑的，不具备超疏水性能。本发明涉及的喷涂液喷涂于基体固化后形成超疏水涂层，涂层表面具有由炭黑增强聚氨酯粉末橡胶构成的微观有序的微凸，炭黑提高聚氨酯微凸的抗撕裂强度，同时通过粉末橡胶与环氧树脂的固化反应将炭黑增强的聚氨酯微凸固定在基体表面，同时，通过液体聚硫橡胶参与环氧树脂的固化，提闻涂层的朝性。因此本发明涉及的超疏水涂层与基体具有良好的粘结性能，表面结构具有良好的抗磨损性能。
[0008]3、涂装方法采用喷涂，喷涂液中无对人体有害的多异氰酸酯，有具有实施方法简便可行，工艺简单，生产成本低，涂层可室温固化，可加工大面积、异形试件表面，并可适用于室外施工等特点。
[0009]【专利附图】
【附图说明】:
图1是本发明实施例1超疏水涂层微观结构。(A:磨损前；B:磨损后)
图2是本发明实施例1超疏水涂层上的水滴的形态。(A:磨损前；B:磨损后)
图3是本发明实施例2超疏水涂层上的水滴的形态。(A:磨损前；B:磨损后)
图4是本发明实施例3超疏水涂层上的水滴的形态。(A:磨损前；B:磨损后)
图5是本发明实施例4超疏水涂层上的水滴的形态。(4:磨损前出:磨损后)。
【具体实施方式】
[0010]实施例1:
称取I克甲苯二异氰酸酯与2.2克端羟基聚丁二烯，溶解于12.8克乙酸乙酯，于摄氏70度混合一小时得到聚氨酯预聚体溶液，称取37.5克质量浓度为0.5%的乙二胺溶液，溶剂为乙酸乙酯与乙醇的混合溶剂，乙酸乙酯与乙醇质量比为3.0:1，滴加炭黑浆料，使溶液中炭黑颗粒质量浓度为0.5%。将聚氨酯预聚体溶液滴加到上述的含炭黑的乙二胺溶液中得到炭黑增强的聚氨酯粉末橡胶分散液。滴加0.79克液体聚硫橡胶、0.395克环氧树脂E-44与
0.24克氨基硅油，混合均匀得到喷涂液，将喷涂液置于喷枪灌中，采用0.6 MPa压缩空气喷涂于玻璃基体，摄氏20度放置12小时后，得到的涂层即超疏水涂层，涂层接触角为160°，该涂层按美国材料与试验协会标准ASTM D 968-05 (落沙磨蚀法测定有机涂层耐磨性的试验)进行耐磨损性能测试，结果表明，涂层经5公斤石英砂从高度为960毫米、内径为20毫米导管落下对涂层进行磨损试验后，涂层与水静止接触角仍保持在155°。
实施例2:
称取I克甲苯二异氰酸酯与2.8克端羟基聚丁二烯，溶解于34.2克乙酸乙酯，于摄氏70度混合一小时得到聚氨酯预聚体溶液，称取95克质量浓度为1.0%的乙二胺溶液，溶剂为乙酸乙酯与乙醇的混合溶剂，乙酸乙酯与乙醇质量比为2.5:1，滴加炭黑浆料，使溶液中炭黑颗粒质量浓度为0.3%。将聚氨酯预聚体溶液滴加到上述的含炭黑的乙二胺溶液中得到炭黑增强的聚氨酯粉末橡胶分散液。滴加4.2克液体聚硫橡胶、2.1克环氧树脂E-44与
1.26克氨基硅油，混合均匀得到喷涂液，将喷涂液置于喷枪灌中，采用0.6 MPa压缩空气喷涂于玻璃基体，摄氏20度放置12小时后，得到的涂层即超疏水涂层，涂层接触角为159°，该涂层按美国材料与试验协会标准ASTM D 968-05 (落沙磨蚀法测定有机涂层耐磨性的试验)进行耐磨损性能测试，结果表明，涂层经5公斤石英砂从高度为960毫米、内径为20毫米导管落下对涂层进行磨损试验后，涂层与水静止接触角仍保持在154°。
实施例3:
称取I克甲苯二异氰酸酯与2.2克端羟基聚丁二烯，溶解于12.8克乙酸乙酯，于摄氏70度混合一小时得到聚氨酯预聚体溶液，称取48克质量浓度为0.5%的乙二胺溶液，溶剂为乙酸乙酯与乙醇的混合溶剂，乙酸乙酯与乙醇质量比为3.5:1，滴加炭黑浆料，使溶液中炭黑颗粒质量浓度为0.5%。将聚氨酯预聚体溶液滴加到上述的含炭黑的乙二胺溶液中得到炭黑增强的聚氨酯粉末橡胶分散液。滴加0.96克液体聚硫橡胶、0.96克环氧树脂E-44与0.576克氨基硅油，混合均匀得到喷涂液，将喷涂液置于喷枪灌中，采用0.6 MPa压缩空气喷涂于玻璃基体，摄氏20度放置12小时后，得到的涂层即超疏水涂层，涂层接触角为165°，该涂层按美国材料与试验协会标准ASTM D 968-05 (落沙磨蚀法测定有机涂层耐磨性的试验)进行耐磨损性能测试，结果表明，涂层经5公斤石英砂从高度为960毫米、内径为20毫米导管落下对涂层进行磨损试验后，涂层与水静止接触角仍保持在159°。
实施例4:
称取I克甲苯二异氰酸酯与2.5克端羟基聚丁二烯，溶解于19.8克乙酸乙酯，于摄氏70度混合一小时得到聚氨酯预聚体溶液，称取65克质量浓度为0.6%的乙二胺溶液，溶剂为乙酸乙酯与乙醇的混合溶剂，乙酸乙酯与乙醇质量比为3.0:1，滴加炭黑浆料，使溶液中炭黑颗粒质量浓度为0.4%。将聚氨酯预聚体溶液滴加到上述的含炭黑的乙二胺溶液中得到炭黑增强的聚氨酯粉末橡胶分散液。滴加1.58克液体聚硫橡胶、0.88克环氧树脂E-44与0.528克氨基硅油，混合均匀得到喷涂液，将喷涂液置于喷枪灌中，采用0.6 MPa压缩空气喷涂于玻璃基体，摄氏20度放置12小时后，得到的涂层即超疏水涂层，涂层接触角为162°，该涂层按美国材料与试验协会标准ASTM D 968-05 (落沙磨蚀法测定有机涂层耐磨性的试验)进行耐磨损性能测试，结果表明，涂层经5公斤石英砂从高度为960毫米、内径为20毫米导管落下对涂层进行磨损试验后，涂层与水静止接触角仍保持在157°。
【权利要求】
1.一种抗磨损的炭黑增强聚氨酯超疏水涂层的制备方法，其特征在于制备方法采用以下两个步骤:步骤I)为炭黑增强聚氨酯粉末橡胶的合成:将端羟基聚丁二烯、甲苯二异氰酸酯、溶剂乙酸乙酯于70°c进行预聚一小时合成得到聚氨酯预聚体溶液，再将聚氨酯预聚体溶液滴加到含有炭黑颗粒的乙二胺的溶液中扩链得到聚氨酯粉末橡胶分散液，滴加过程保持搅拌，得到炭黑增强的聚氨酯粉末橡胶分散液；步骤2)将环氧树脂E-44，液体聚硫橡胶、氨基硅油按一定比例加入到上述炭黑增强聚氨酯粉末橡胶分散液中，混合均匀后得到喷涂液，用喷枪喷涂于基体上，于摄氏20度固化12小时，基体表面形成有序微凸结构，即超疏水涂层；该涂层可以适用于玻璃、金属、木材、陶瓷基体。
2.根据权利要求1所述的抗磨损的炭黑增强聚氨酯超疏水涂层的制备方法其特征在于:步骤I)中，端羟基聚丁二烯与甲苯二异氰酸酯质量比为:2.2?2.8:1，预聚体溶液中的溶剂为乙酸乙酯，质量分数为8(Γ90%，含有炭黑颗粒的乙二胺的溶液中乙二胺质量浓度为0.5^1.0%，炭黑质量含量为0.3^0.5%，乙二胺溶液溶剂为乙酸乙酯与乙醇的混合溶剂，其中乙酸乙酯与乙醇的质量比为2.5?3.5:1，炭黑颗粒的乙二胺的溶液与预聚体溶液质量比为2.5?3.0:1。
3.根据权利要求1所述的抗磨损的炭黑增强聚氨酯超疏水涂层的制备方法其特征在于:步骤2)中，喷涂液中液体聚硫橡胶质量浓度为1.5^3.0%，环氧树脂Ε-44质量浓度为.0.75?1.5%氨基硅油质量浓度为0.45?0.9%.。
【文档编号】C08G18/10GK104371535SQ201410725088
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年12月4日 优先权日:2014年12月4日
【发明者】粟常红, 宋李军, 吴锦利, 赵玉杰, 关丽霞, 丁琳, 王婷 申请人:山东理工大学