[发明专利]一种具有湿气自修复功能的共聚物涂层及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于涂层材料用聚合物及其制备方法，特别是一种具有湿气自修复功能的共聚物涂层及制备方法。

背景技术

在当前全球范围内，每年由于金属（铁、铝等）的腐蚀侵蚀造成的经济损失非常巨大，因此，解决金属抗腐蚀的问题一直是一个重要的研究领域。金属的防护常用的方法就是通过涂层、电镀等方法在其表面形成一层惰性的保护层来实现。涂层一般多为聚合物材料，而聚合物材料在外力作用下容易受到损伤，以裂纹的形式破坏，并能逐渐扩展增大，造成进一步的损害，从而严重影响到聚合物材料的性能。而且裂纹非常难以检测和控制，使得聚合物材料的应用受到一定程度的影响，因为，一旦涂层受到外界作用而破坏，那么基底的金属还会暴露出来，受到外界环境的侵蚀，从而带来较大的经济损失。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种具有湿气自修复功能的共聚物作为涂层材料，在正常的使用环境下该涂层不受环境湿气的影响，而当涂层受到损伤时，涂层裂纹可以借助环境中的湿气自行修复。

本发明的技术方案：

一种具有湿气自修复功能的共聚物涂层，由含异氰酸酯基团的单体和含氟丙烯酸酯单体共聚而成，所述含异氰酸酯基团的单体为基于甲苯二异氰酸酯、二缩三乙二醇和甲基丙烯酸羟乙酯的单体；基于二甲基甲烷二异氰酸酯、聚乙二醇200和甲基丙烯酸羟乙酯的单体；基于异佛尔酮二异氰酸酯、聚乙二醇300和羟甲基丙烯酰胺的单体；基于六亚甲基二异氰酸酯、聚乙二醇600和甲基丙烯酸羟乙酯的单体；基于异佛尔酮二异氰酸酯、二缩三乙二醇和甲基丙烯酸羟乙酯的单体；所述含氟丙烯酸酯单体为丙烯酸三氟甲酯、丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸十二氟庚酯或甲基丙烯酸十二氟庚酯。

一种具有湿气自修复功能的共聚物涂层的制备方法，步骤如下：

1）含异氰酸酯基团的单体的制备：在氮气保护下，将二异氰酸酯与苯甲酰氯混合，搅拌下进行油浴加热，在温度达到65℃时加入二元醇，并在65℃下继续反应2h，制得端异氰酸酯预聚物，将所制得的端异氰酸酯预聚物用四氢呋喃溶解，然后加入含有双键的功能单体，氮气保护下搅拌并在40℃反应4h，制得含异氰酸酯单体； 

2）共聚物涂层的制备；将含异氰酸酯的单体、含氟（甲基）丙烯酸酯单体、交联剂和光敏剂混合后，在金属薄片上涂膜，然后利用紫外光引发通过共聚反应成膜； 

3）退火处理；将已干燥的膜取出，放入烘箱内，在120℃下退火处理10min，然后在常温下冷却即可。

 

所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯（TDI）、二甲基甲烷二异氰酸酯（MDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）或二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）；所述二元醇包括分子量为100-1000的任意一种醚类和酯类二元醇。

所述二异氰酸酯、苯甲酰氯和二元醇的摩尔比为4：0.01:1。

所述含有双键的功能单体为甲基丙烯酸羟乙酯或N-羟甲基丙烯酰胺。

所述端异氰酸酯预聚物与四氢呋喃的体积比为1：2；端异氰酸酯预聚物与含有双键的功能单体的用量比为异氰酸根和羟基的摩尔比为2：1。

所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDGMA)或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸甲酯(TRIM)。

所述光敏剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮（1173）、1-羟基环己基苯基甲酮（184）和2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮（907）中的一种或两种任意比例的混合物。

所述含异氰酸酯的单体与含氟丙烯酸酯类单体的质量比为7：3至5：5；交联剂的用量为共聚反应单体总质量的5-10%；光敏剂的用量为共聚反应单体总质量的2-4%。

 

本发明的工作原理：

该共聚物由一种包含有活泼的异氰酸酯端基的单体和另外一种包含有疏水性氟基团的（甲基）丙烯酸酯类单体共聚而成。异氰酸酯对水十分敏感，暴露在空气中很容易与空气中的水分反应，两分子异氰酸酯能与一分子水反应，生成脲。该反应过程如化学方程式1和2所示。其中异氰酸根先与水生成氨基甲酸中间体，然后氨基甲酸迅速分解，生成胺基和二氧化碳，而胺基能迅速与另一异氰酸根反应生成脲。这一系列反应使得含有异氰酸酯活性基团的基体在湿气环境下的修复成为可能。