一种具有仿生自修复功能的耐磨防腐涂层

本发明属于仿生涂层，具体涉及一种具有仿生自修复功能的耐磨防腐涂层.

背景技术：

1、在高速列车、汽车等领域，车体涂层在工况条件下的稳定性和美观性至关重要。特别是当前高速铁路系统的高速发展，列车运行时速可达350km/h。当列车运行时，靠近高铁的地方空气流速大，气体压强小，虽然我国高铁为无砟轨道，但轨道和空气中的沙子、石子难以避免的会随着空气的流动撞击车体，从而损害车体表面涂层，不仅影响美观，还会造成基材外露，加速表面腐蚀，带来维护成本的上升。在严重的情况下，这些局部腐蚀部位甚至可能穿透材料，使其内部失效，增加安全隐患，极大的降低了列车的性能以及使用寿命。这种情况在风沙较多的运行区段(如兰新线)尤为严重。此外，中国高铁出口的国家众多，对于风沙天气多的国家(如沙特)，高铁涂层的稳定性为重要指标。

2、自然界中海豚的皮肤受到水流以及杂质冲击后可以发生一定的弹性形变，减少对皮肤的损伤；动物软骨组织具有高强度力学性能的同时，受到损伤后也兼具自修复能力。对动物软骨组织结构的仿生，为上述问题的解决提供了可能。

技术实现思路

1、受上述生物耐磨损以及自修复性能的启发，以及动物软骨组织具有兼备力学性能及自修复性能所启发，本发明提出了一种具有仿生自修复功能的耐磨防腐涂层。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种具有仿生自修复功能的耐磨防腐涂层的制备方法，具体步骤如下：

4、一、制备聚氨酯预聚体；

5、二、通过糠胺与环氧树脂单体反应获得分子链中带有呋喃环的环氧树脂溶液；

6、三、将聚氨酯预聚体与2,5-呋喃二甲醇(fdm)反应，扩链后获得了分子链中带有呋喃环的聚氨酯分子链；

7、四、利用双马来酰亚胺通过da反应获得带有动态键的环氧基修饰聚氨酯涂层，即具有仿生自修复功能的耐磨防腐涂层。

8、步骤一中，制备聚氨酯预聚体时多元醇为聚丁二醇(ptmg)，异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(tdi)；聚丁二醇分子量为650或1000，聚丁二醇与异氰酸酯的摩尔比为(0.37～0.50):1；

9、步骤一中，制备聚氨酯预聚体的具体步骤如下：

10、(1)称取聚丁二醇，然后向聚丁二醇中加入甲苯二异氰酸酯，在50℃下加热搅拌30min；

11、(2)升温至70℃继续加热搅拌3h，反应结束后将制备所得的预聚体冷却至室温保存以便于后续使用。

12、优选地，步骤二中环氧树脂单体为双酚a二缩水甘油醚(badge)；

13、步骤二的具体步骤为：

14、(1)称取并加入1.35g糠胺(ka)和3.65g双酚a二缩水甘油醚(badge)；

15、(2)添加4g四氢呋喃(thf)和1g n,n-二甲基甲酰胺(dmf)作为溶剂，在70℃下搅拌并反应12h，并在反应最后1个小时，将四氢呋喃挥发除去；

16、(3)称量步骤(2)反应后的溶液并添加dmf，得到浓度为20wt％的环氧树脂溶液，最后室温搅拌1h。

17、步骤三的具体步骤为：

18、(1)向装有聚氨酯预聚体中加入11～12wt％的2,5-呋喃二甲醇(fdm)和催化剂二月桂酸二丁基锡(dbtdl)；

19、(2)加入10g thf作为溶剂；

20、(3)在70℃下加热搅拌6h，过程中不断补充溶剂，反应结束后将所得聚氨酯冷却至室温保存。

21、步骤四的具体步骤为：

22、(1)按照质量比20:1称取并加入步骤三所得冷却的聚氨酯和步骤二所得20wt％的环氧树脂溶液；并向其中加入20～25wt％的1,8-双马来酰亚胺-二甘醇(bm)；

23、(2)将溶液倒入模具中并置于真空箱中进行真空处理，以去除内部气泡；

24、(3)将模具放置的高温烘干箱烘干24h，将干燥后的涂层取出保存。

25、本发明的有益效果：

26、本发明利用聚氨酯具有一定的弹性的性质模拟海豚皮肤，从而减少水流以及杂质冲击所带来的损伤，并采用带有动态键的聚氨酯模拟软骨细胞，实现自修复性能，提高柔韧性，并采用环氧基修饰聚氨酯增强其防腐蚀性能及耐磨性，最终得到了一种具有耐磨性能同时具备自修复能力的聚氨酯防腐涂层。无论耐磨性能、自修复性能还是防腐性能，相比未修饰的聚氨酯涂层都有明显的提升。

技术特征：

1.一种具有仿生自修复功能的耐磨防腐涂层的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的具有仿生自修复功能的耐磨防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤一中，制备聚氨酯预聚体时多元醇为聚丁二醇，异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯；聚丁二醇分子量为650或1000，聚丁二醇与异氰酸酯的摩尔比为(0.37～0.50):1。

3.根据权利要求2所述的具有仿生自修复功能的耐磨防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤一中，制备聚氨酯预聚体的具体步骤如下：

4.根据权利要求1所述的具有仿生自修复功能的耐磨防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤二中环氧树脂单体为双酚a二缩水甘油醚。

5.根据权利要求4所述的具有仿生自修复功能的耐磨防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤二的具体步骤为：

6.根据权利要求1所述的具有仿生自修复功能的耐磨防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤三的具体步骤为：

7.根据权利要求1所述的具有仿生自修复功能的耐磨防腐涂层的制备方法，其特征在于，步骤四的具体步骤为：

8.一种采用如权利要求1～7任意一项所述方法制备得到的具有仿生自修复功能的耐磨防腐涂层。

技术总结本发明提出了一种具有仿生自修复功能的耐磨防腐涂层，属于仿生涂层技术领域。本发明将聚氨酯预聚体与2,5‑呋喃二甲醇(FDM)反应，扩链后获得了分子链中带有呋喃环的聚氨酯分子链，通过糠胺与环氧树脂单体反应获得分子链中带有呋喃环的环氧树脂溶液；最后利用双马来酰亚胺通过DA环加成反应获得带有动态键的环氧基修饰聚氨酯材料，其所带有的动态键可以模拟软骨细胞，实现自修复性能，提高柔韧性，修饰的环氧基增强其防腐蚀性能及耐磨性，最终得到了一种具有耐磨性能同时具备自修复能力的聚氨酯防腐涂层。技术研发人员：靳会超,田伟,杨惠翔,李含秋,田丽梅,徐浩然,支博文受保护的技术使用者：吉林大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9