一种高韧性IPN长效防污聚氨酯弹性体涂层的制备方法

本发明涉及功能材料，具体为一种高韧性ipn长效防污聚氨酯弹性体涂层的制备方法。

背景技术：

1、随着全球经济的飞速发展和人类活动的日益频繁，海洋环境正面临着前所未有的挑战。特别是船舶、海上设施及海洋工程结构物等长期浸没于海水环境中，其表面容易遭受生物污损，不仅增加了设备的维护成本，还可能导致设备性能下降，甚至引发安全事故。因此，开发高效的海洋防污涂层技术，对保护海洋环境和维护海洋设施安全具有重要意义。但随着防污涂层在复杂的海洋环境中服役时间的增加，涂层表面难免出现裂纹，裂纹的持续产生和增长不仅会影响抗空蚀涂层的机械性能，造成涂层的破裂、龟裂、甚至涂层的大面积脱落。

2、在海洋防污涂层的研究中，互穿聚合物网络(interpenetrating polymernetworks，简称ipn)结构因其独特的性能而备受关注。ipn结构的引入可使涂层原有防污性能进一步提高，一般海洋防污涂层主要依赖于添加防污剂来防止生物污损，这些防污剂会对海洋生态造成负面影响，还会导致涂层自身的性能下降。相比之下，ipn结构可以通过设计合适的聚合物网络结构和组分，实现长期高效的防污效果。不仅如此，ipn结构还可以增强涂层稳定性。海洋环境复杂多变，涂层需要经受盐雾、潮汐、紫外线等多种因素的考验，ipn结构的聚合物网络相互贯穿、相互缠结，形成了一种类似于“互锁”的结构，这种结构使得涂层具有更高的机械稳定性和化学稳定性。即使在恶劣的海洋环境下，ipn结构涂层也能保持其原有的性能和外观。

3、其中，现有的海洋防污方法很难满足长期稳定的性能要求，主要有以下两方面原因：

4、(1)当船只处于静态时，需要防污涂层释放自身活性官能团获得较好的防污效果，但这种方式会严重缩短涂层服役年限，并会降低防污涂层的机械性能。

5、(2)当船只处于动态时，通常利用涂层低表面能和表面自更新特性，让污损生物在水流剪切力的作用下不能粘附在涂层表面。这种防污方式高度依赖于船只的高航速和涂层本身的机械强度，限制较多。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明公开了一种高韧性ipn长效防污聚氨酯弹性体涂层的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高韧性ipn长效防污聚氨酯弹性体涂层的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、制备聚四氢呋喃二醇-聚氨酯基体；

4、取一个干燥三口烧瓶，按照n(-nco/-oh)＝2.5的比例加入二甲苯和异佛尔酮二异氰酸酯，通过恒温加热搅拌器搅拌升温80℃，继续搅拌10min，在15min以内缓慢滴加计量的聚四氢呋喃二醇，继续恒温2h反应，得到微黄色油状液体ptmg－ipdi聚氨酯树脂(pu)；

5、s2、制备聚合胍改性聚氨酯树脂；

6、1)取计量好的六亚甲基二胺和盐酸胍加入到新的干燥三口烧瓶，利用熔融热的方法搅拌物料，使物料在90℃的温度下搅拌2h，随后升温至160摄氏度继续搅拌1h，得到乳白色液体，制得聚合胍；

7、2)随后降温，取计量好的通过步骤s1得到的ptmg－ipdi聚氨酯树脂加入到上述新的三口烧瓶中，升温80℃继续搅拌2h，制得淡黄色半透明聚合胍改性聚氨酯树脂(gpu)；

8、s3、制备ipn结构聚氨酯膜层；

9、聚氨酯ipn结构弹性体浆料包含三种组分；

10、a组分：通过步骤s1得到的ptmg－ipdi聚氨酯树脂；

11、b组分：将一定比例的1,4-丁二醇(bdo)和330n在室温混合均匀，加入催化剂后密封存储；

12、c组分：通过步骤s2制得聚合胍改性聚氨酯树脂；

13、将a、b、c三种组分按质量份数混合并快速搅拌5min后，置于真空下脱出气泡，将混合物涂覆到预热80℃的过流部件，然后保温固化10h，制得ipn结构聚氨酯膜层(igpu)。

14、优选的，步骤s1中，所述二甲苯为ptmg2000和ipdi总质量的25％。

15、优选的，步骤s2中，所述六亚甲基二胺加入量与盐酸胍质量比为5:1。

16、优选的，步骤s2中，加入的ptmg－ipdi基体树脂的质量为110g，变化范围为80g-150g。

17、优选的，：步骤s2中，ptmg－ipdi聚氨酯树脂加入到上述三口烧瓶中，升温至80℃后，继续搅拌，树脂由乳白色变为淡黄色半透明状态视为反应终止，反应时间为1.5h-3h。

18、优选的，步骤s3中，三种组分按质量份数包括如下：

19、a组分：聚氨酯预聚体树脂100；稀释剂0～20；

20、b组分：扩链剂330n 0～60；扩链剂bdo 0～40；催化剂0.1～0.5；稀释剂0～10；

21、c组份：gpu 0-15。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果：

23、1、本发明中的多功能涂层，利用有机改性方法将聚合胍和聚四氢呋喃二醇(ptmg)-聚氨酯基体树脂进行功能改性，提高聚氨酯基体树脂的防污能力和韧性，并提供多羟基官能团，提高了涂层与基材的附着力；然后利用溶剂热法将聚合胍改性聚氨酯树脂与聚氨酯基体树脂相结合，制备高韧性ipn防污聚氨酯弹性体涂层；本发明使用的聚氨酯基体树脂分子链中刚性链段和柔性链段相互镶嵌，使得弹性体既具有高强度又具有良好的柔韧性；在外力冲击、拉伸时，能够迅速结晶，抗空蚀性能优秀。

24、2、本发明中，利用普通聚氨酯基体树脂和改性后的具有防污能力的树脂形成互穿网络结构，利用互穿网络结构将防污功能链段和基体链段相互穿插形成稳定的互锁结构,保证膜层具有高韧性和长时间的防污活性，使用的聚合胍改性聚氨酯树脂的制备能够有效触发污损生物的趋避效应，进而降低污损生物向膜层表面的附着意愿，起到防污的作用，利用胍基的杀菌能力，能够进一步抑制涂层表面生物膜的形成，增强防污能力。

25、3、本发明中，提供的高韧性ipn长效防污聚氨酯弹性体涂层的制备方法，将ipn结构成功引入聚氨酯体系中，提高了整个膜层的韧性，优化了膜层的抗空蚀性能，同时可有效减小机械冲击对涂层的破坏、延长使用寿命，并可实现节约能源等益处。

技术特征：

1.一种高韧性ipn长效防污聚氨酯弹性体涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高韧性ipn长效防污聚氨酯弹性体涂层的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述二甲苯为ptmg2000和ipdi总质量的25％。

3.根据权利要求1所述的一种高韧性ipn长效防污聚氨酯弹性体涂层的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述六亚甲基二胺加入量与盐酸胍质量比为5:1。

4.根据权利要求1所述的一种高韧性ipn长效防污聚氨酯弹性体涂层的制备方法，其特征在于：步骤s2中，加入的ptmg－ipdi基体树脂的质量为110g，变化范围为80g-150g。

5.根据权利要求1所述的一种高韧性ipn长效防污聚氨酯弹性体涂层的制备方法，其特征在于：步骤s2中，ptmg－ipdi聚氨酯树脂加入到上述三口烧瓶中，升温至80℃后，继续搅拌，树脂由乳白色变为淡黄色半透明状态视为反应终止，反应时间为1.5h-3h。

6.根据权利要求1所述的一种高韧性ipn长效防污聚氨酯弹性体涂层的制备方法，其特征在于：步骤s3中，三种组分按质量份数包括如下：

技术总结本发明公开了一种高韧性IPN长效防污聚氨酯弹性体涂层的制备方法，包括利用有机改性方法将聚合胍和聚四氢呋喃二醇‑聚氨酯基体树脂进行功能改性，提高聚氨酯基体树脂的防污能力和韧性，并提供多羟基官能团，提高了涂层与基材的附着力；然后利用溶剂热法将聚合胍改性聚氨酯树脂与聚氨酯基体树脂相结合，并将IPN结构成功引入聚氨酯体系中，提高了整个膜层的韧性，优化了膜层的抗空蚀性能，进而制备得到高韧性IPN防污聚氨酯弹性体涂层，本发明可有效减小机械冲击对涂层的破坏、延长使用寿命，并可实现节约能源等益处。技术研发人员：杨昊澄,郭雪洁,王瑷琦,包毅受保护的技术使用者：盐城工学院技术研发日：技术公布日：2024/10/10