一种自修复水性聚氨酯涂料组合物和涂层转让专利
申请号 : CN202010748076.8
文献号 : CN111808521B
文献日 : 2021-12-03
发明人 : 张烨
申请人 : 时象空间设计(上海)有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种自修复水性聚氨酯涂料组合物,所述自修复水性聚氨酯涂料组合物按重量百分数计包含:(a)多异氰酸酯35~50wt%;(b)多元醇15~20wt%;(c)二羟甲基丙酸5~
10wt%;(d)纳米Co粒子改性的聚氨酯微胶囊3~8wt%;水余量;
所述多异氰酸酯具体为二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中一种或多种;
所述多元醇具体为聚已二醇、1,4‑丁二醇、一缩二己二醇、三羟基丙烷中一种或多种;
所述(a)和(b)的含量比为2∶1至4∶1;
所述聚氨酯微胶囊的芯材为异佛尔酮二异氰酸酯,壁材为羧甲基纤维素;
所述纳米Co粒子改性的聚氨酯微胶囊中的纳米Co粒子均匀分布在微胶囊的脲醛树脂壳体中。
2.如权利要求1所述的自修复水性聚氨酯涂料组合物,所述纳米Co粒子改性的聚氨酯微胶囊的制备过程为:
(1)称取适量的尿素和甲醛,将尿素加入甲醛水溶液中,并加入一定量的水,搅拌至尿素完全溶解,接着调节溶液的pH为8‑9,搅拌反应得到尿素‑甲醛预聚物溶液,接着向其中加入一定重量份数的纳米Co粒子,超声震荡得到壁材溶液,备用;
(2)接着将适量的异佛尔酮二异氰酸酯加入水中配置芯材溶液,向其中加入吐温‑80乳化剂,持续搅拌分散,并采用高压均质机均质2次,压力为30MPa,形成芯材预乳液;
(3)将得到的芯材预乳液缓慢滴入至壁材溶液,并调节混合液的pH值至4‑5,搅拌反应一定时间后,得到纳米Co粒子改性的聚氨酯微胶囊。
3.如权利要求2所述的自修复水性聚氨酯涂料组合物,所述(1)中的纳米Co粒子的粒径为20‑100nm。
4.如权利要求1所述的自修复水性聚氨酯涂料组合物,所述组合物还包括:(f)分散剂1~5wt%;(g)着色剂1‑5wt%。
5.一种自修复水性聚氨酯涂覆膜,所述涂覆膜包括基底和涂敷在所述基底上的涂膜,所述涂膜由权利要求1‑3中的自修复水性聚氨酯涂料组合物制备。
说明书 :
一种自修复水性聚氨酯涂料组合物和涂层
技术领域
背景技术
性的气味,对人体无害,对环境无污染。其中,水性聚氨酯涂料由于具有成膜性能好、遮盖力
强、粘结牢固等诸多优点,近些年越来越受到广泛的重视。
功能化改性之一。参照图1所示,其具体原理为:将微胶囊1在涂覆膜的制备过程中埋入聚合
物基体,在聚合物基体损伤出现裂纹3时,微胶囊发生破裂,释放出微胶囊中的修复试剂通
过毛细作用到达裂纹处,通过催化剂2的催化作用从而生成具有修复作用的聚合物4,从而
实现了涂覆膜的自修复。其中,步骤(a)中产生细小的微裂纹,步骤(b)中微裂纹继续扩大,
延伸至微胶囊导致微胶囊发生破裂,步骤(c)中微胶囊中的修复剂在催化剂的作用下生成
聚合物从而实现自修复。
外力作用在其内部产生微裂纹后,微裂纹扩展通过微胶囊,微胶囊中的液态环氧树脂被释
放出来填充到裂纹中,高温下与催化剂中被解离出的咪唑化合物发生加成、催化反应,从而
使得液态环氧树脂固化,粘结裂纹,达到修复的目的。
紫外光吸收剂。如果涂膜发生破裂损伤时,微胶囊发生破裂,胶囊中的聚氨酯流出、在助剂
缓蚀颜料的作用下,与空气中的水发生反应,形成新的涂膜,实现涂膜自我修复功能。
胶囊破裂,及所述聚合剂与所述易流动的可聚合材料接触,所述聚合剂有效地引发所述易
流动的可聚合材料的聚合。
度越严重其引发地破裂倾向力也越大,自修复地难度也越大,往往会出现自修复进程无法
延缓涂层进一步破裂的趋势导致自修复失败。而为了提升微胶囊的可激发性,一种可行的
办法是提高自修复涂层中微胶囊的含量,但是这反过来又会带来涂覆膜的劣化,无法兼顾
涂覆膜的各项性能和自修复的敏感度。
发明内容
其中加入一定重量份数的纳米Co粒子,超声震荡得到壁材溶液,备用。
覆层在加工或使用过程中受到外力作用在其内部产生微裂纹后,在薄壁处更容易破裂,从
而更加高效快速地引发自修复进程;
材提供了一定的破裂倾向力,这也加速了薄膜在产生裂纹后微胶囊的壁材破裂释放内部的
自修复材料,从而克服了现有技术中自修复过程存在滞后性的问题,提高了自修复敏感度。
附图说明
具体实施方式
酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中一种或多种。所述多异氰酸酯含量为35~
50wt%,在此含量范围内,能保证更好地成膜性能。
多种。所述多元醇的含量为15~20wt%,在此含量范围内,能保证多异氰酸酯充分的反应,
从而得到性能优异地的聚氨酯树脂涂膜。
中,二羟甲基丙酸含量优选为5~10wt%,当含量低于5wt%时,不足以使得聚氨酯大分子亲
水化,成膜性能下降,而当含量超过10wt%,过多的二羟甲基丙酸,会导致涂覆层耐水性不
佳,对薄膜性能不利。
用于涂覆层裂纹的修复。在本发明中,芯材为异佛尔酮二异氰酸酯,壁材为脲醛树脂。异佛
尔酮二异氰酸酯在涂覆层破裂时能够与侵入的水分反应在裂纹部位发生反应并交联、固
化,从而修复裂纹。脲醛树脂在涂覆层正常使用时,性质稳定,能够很好地保持微胶囊。本发
明的聚氨酯胶囊为纳米Co粒子改性的聚氨酯胶囊,制备的过程中,通过将纳米Co粒子均匀
分布在微胶囊的脲醛树脂壳体中,导致得到的聚氨酯胶囊呈现了不规则形状外形,厚度呈
现不均性,相对于单纯的脲醛树脂壳体,受到外力侵入时,更容易破裂,从而提高自修复敏
感度。另外,当涂覆层产生裂纹时,由于涂覆层的内部环境产生变化,会引起磁性Co粒子的
相互作用,从而为脲醛树脂壁材提供了一定的破裂倾向力,这也加大了脲醛树脂壁材的破
裂敏感性。本发明中,纳米Co粒子改性的聚氨酯胶囊的含量优选为3~8wt%,在此含量范围
内,不会造成聚氨酯树脂涂膜性能的劣化,也能满足较好的自修复性能。
做过多的限制。
种。在本发明一个具体实施例中,所述涂料组合物通过刷涂的方式施用到基底上。
合物的具体方面。这些实施例仅是示例性的,并且不应该解释为限定基于本发明公开所要
求的主题的范围。
8‑9,并置于70℃的温度下搅拌反应1h得到尿素‑甲醛预聚物溶液,接着向其中加入0.16重
量份数的纳米Co粒子,超声震荡1.5h得到壁材溶液,备用。接着将5.6重量份异佛尔酮二异
氰酸酯加入水中配置芯材溶液,向其中加入0.5重量份吐温‑80乳化剂,持续搅拌分散,并采
用高压均质机均质2次,压力为30Mpa,形成芯材预乳液。将得到的芯材预乳液缓慢滴入至壁
材溶液,并调节混合液的pH值至4‑5,搅拌反应一定时间后,得到纳米Co粒子改性的聚氨酯
胶囊。
其中加入15重量份的聚已二醇,使用机械混合器搅拌所得的混合物,直至得到均匀的混合
物,从而得到本实施例的自修复水性聚氨酯涂料组合物。
试。
8‑9,并置于70℃的温度下搅拌反应1h得到尿素‑甲醛预聚物溶液,接着向其中加入0.16重
量份数的纳米Co粒子,超声震荡1.5h得到壁材溶液,备用。接着将5.6重量份异佛尔酮二异
氰酸酯加入水中配置芯材溶液,向其中加入0.5重量份吐温‑80乳化剂,持续搅拌分散,并采
用高压均质机均质2次,压力为30Mpa,形成芯材预乳液。将得到的芯材预乳液缓慢滴入至壁
材溶液,并调节混合液的pH值至4‑5,搅拌反应一定时间后,得到纳米Co粒子改性的聚氨酯
胶囊。
中加入15重量份的聚已二醇,使用机械混合器搅拌所得的混合物,直至得到均匀的混合物,
从而得到本实施例的自修复水性聚氨酯涂料组合物。
测试。
8‑9,并置于70℃的温度下搅拌反应1h得到尿素‑甲醛预聚物溶液,接着向其中加入0.16重
量份数的纳米Co粒子,超声震荡1.5h得到壁材溶液,备用。接着将5.6重量份异佛尔酮二异
氰酸酯加入水中配置芯材溶液,向其中加入0.5重量份吐温‑80乳化剂,持续搅拌分散,并采
用高压均质机均质2次,压力为30Mpa,形成芯材预乳液。将得到的芯材预乳液缓慢滴入至壁
材溶液,并调节混合液的pH值至4‑5,搅拌反应一定时间后,得到纳米Co粒子改性的聚氨酯
胶囊。
中加入15重量份的一缩二己二醇和1.2重量份的NMMO,使用机械混合器搅拌所得的混合物,
直至得到均匀的混合物,从而得到本实施例的自修复水性聚氨酯涂料组合物。
测试。
8‑9,并置于70℃的温度下搅拌反应1h得到尿素‑甲醛预聚物溶液,接着向其中加入0.16重
量份数的纳米Co粒子,超声震荡1.5h得到壁材溶液,备用。接着将5.6重量份异佛尔酮二异
氰酸酯加入水中配置芯材溶液,向其中加入0.5重量份吐温‑80乳化剂,持续搅拌分散,并采
用高压均质机均质2次,压力为30Mpa,形成芯材预乳液。将得到的芯材预乳液缓慢滴入至壁
材溶液,并调节混合液的pH值至4‑5,搅拌反应一定时间后,得到纳米Co粒子改性的聚氨酯
胶囊。
其中加入20重量份的聚乙二醇和5重量份的NMMO,使用机械混合器搅拌所得的混合物,直至
得到均匀的混合物,从而得到本实施例的自修复水性聚氨酯涂料组合物。
试。
温度下搅拌反应1h得到尿素‑甲醛预聚物溶液,得到壁材溶液备用。接着将5.6重量份异佛
尔酮二异氰酸酯加入水中配置芯材溶液,向其中加入0.5重量份吐温‑80乳化剂,持续搅拌
分散,并采用高压均质机均质2次,压力为30Mpa,形成芯材预乳液。将得到的芯材预乳液缓
慢滴入至壁材溶液,并调节混合液的pH值至4‑5,搅拌反应一定时间后,得到聚氨酯胶囊。
份的聚乙二醇,使用机械混合器搅拌所得的混合物,直至得到均匀的混合物,从而得到本实
施例的自修复水性聚氨酯涂料组合物。
环裂纹测试。
温度下搅拌反应1h得到尿素‑甲醛预聚物溶液,得到壁材溶液备用。接着将5.6重量份异佛
尔酮二异氰酸酯加入水中配置芯材溶液,向其中加入0.5重量份吐温‑80乳化剂,持续搅拌
分散,并采用高压均质机均质2次,压力为30Mpa,形成芯材预乳液。将得到的芯材预乳液缓
慢滴入至壁材溶液,并调节混合液的pH值至4‑5,搅拌反应一定时间后,得到聚氨酯胶囊。
量份的聚已二醇和0.1重量份的NMMO,使用机械混合器搅拌所得的混合物,直至得到均匀的
混合物,从而得到本实施例的自修复水性聚氨酯涂料组合物。
环裂纹测试。
硬度。
出两条交叉成30°的线,倾斜15°放置于盐雾箱内,定期检查样板的腐蚀情况。
后,将3M 616胶带放置在涂层上,从而覆盖切割图案,并且以大约180℃的角在其本身上缓
慢地向后拉。
以上的微裂纹的个数和自修复情况。
实施例1 0级 3H NA
实施例2 0级 3H NA
实施例3 0级 2H NA
实施例4 0级 3H NA
对比例1 0级 3H NA
对比例2 2级 1H YB
够保持良好的硬度、防腐、粘附性能。而对比例2中当涂覆膜的聚氨酯胶囊达到10%时,聚氨
酯胶囊的含量过高,会导致涂覆膜一定的性能劣化。
体较为均匀,而纳米Co粒子改性的聚氨酯胶囊整体呈现出不规则的形状,整体壁厚不均匀,
因此,在涂覆膜破裂时对于外力的敏感度更高。
的进程已经开始,而相对于实施例1而言,对比例1中采用未进行改性的聚氨酯胶囊,循环9
次之后逐渐有裂纹产生,21次之后才裂纹个数才开始下降,循环次数9至21次之间,微裂纹
个数还在持续增多,表明其自修复进程存在一定的滞后性。对比例2中涂覆层在循环3次左
右就已经开始有裂纹产生,循环6次左右裂纹个数就开始有明显地下降,表明对比例2中加
入过多的聚氨酯胶囊,虽然有较好地自修复进程,但是同样的薄膜性能也带来了不利影响,
会造成涂覆膜性能的劣化。
氨酯胶囊能够在涂覆层破裂时激发微胶囊的快速破裂,加快了自修复进程;本发明自修复
水性聚氨酯涂料组合物由于自修复进程启动更快,而不需要微裂纹本身触发,不会存在涂
膜裂纹破裂程度过于严重而导致自修复失败的问题;本发明仅仅需要较低的微胶囊含量就
能实现较好的破裂触发性,由于微胶囊含量较低,不会造成涂覆膜的性能劣化,保证了涂覆
膜的质量。
发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变
化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其
等效物界定。