一种自修复防水涂料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及海洋防腐防污涂层材料，具体而言，涉及一种自修复防水涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、涂料(paint)，我们平常所说的油漆只是其中的一种。指涂布于物体表面在一定的条件下能形成薄膜而起保护、装饰或其他特殊功能(绝缘、防锈、防霉、耐热等)的一类液体或固体材料。因早期的涂料大多以植物油为主要原料，故又称作油漆。涂料作为一种起到保护和装饰作用的涂层材料，在工业生产、建筑以及日常生活中的各个方面都具有广泛的应用。但是在一些特殊的环境当中，由于受到环境影响，涂层表面会出现一些细微的裂痕，这些裂痕长时间暴露在空气、水分等环境下，会逐渐变大，最终导致涂层从基材表面脱落，失去了涂层的保护作用。

2、聚氨酯涂料作为一种常见的涂料类型，具有许多优点，例如耐水、耐磨以及耐腐蚀等。但同时也存在一些缺点，比如容易受到环境因素的影响，如潮气、水分等，长时间接触会导致漆膜出现针孔、气泡、起皱等缺陷，影响涂层的外观和性能。并且若聚氨酯涂料的薄膜厚度不足也会影响其防水、防腐等性能，在长时间使用时，薄膜难免会受到刮擦磕碰等机械损伤，导致涂层被刮花甚至产生裂痕，影响材料外观并导致材料防水性能下降甚至断裂而降低其使用寿命。

3、当聚氨酯涂料作用在海洋工程设施上时，由于海洋环境高湿、高盐等特点，聚氨酯涂料往往不能长时间发挥作用。经过日积月累，涂料层中会形成越来越大的裂纹或开口，使得涂料层的局部区域失去对金属的防护作用。同时涂层还会受到由贝壳、藤壶、藻类等生物附着引起的生物污损的影响，影响其使用性能。目前的聚氨酯防水涂料产品缺乏自修复能力，在作为海洋防腐涂层使用时对海洋工程设施的防护效果不足，已难以满足当前市场的需求。因此，亟需一种能够及时自我修复的聚氨酯防水涂料。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出了一种自修复防水涂料及其制备方法和应用，以解决现有技术中聚氨酯防水涂料防护时间不长，不能满足海洋工程设施长期使用的问题。

2、本发明提出了一种自修复防水涂料，包含下列质量份数的原料：

3、聚醚二醇20-30份、二异氰酸酯20-30份、催化剂1-3份、自修复胶囊10-20份、石墨烯8-25份、分散剂1-3份、流平剂1-3份和消泡剂1-2份；

4、所述自修复胶囊包括：甲基丙烯酸甲酯40-80份、引发剂2-4份、尿素55-70份、间苯二酚5-10份、氯化铵5-10份、异佛尔酮二异氰酸酯20-40份和水180-220份。

5、进一步地，所述聚醚二醇为全氟聚醚二醇；

6、所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。

7、进一步地，所述催化剂为二丁基锡二月桂酸酯；

8、所述自修复胶囊的粒径为10-30微米。

9、进一步地，所述分散剂选自钠盐类分散剂和/或铵盐类分散剂；

10、所述流平剂选自聚醚改性聚二甲基硅氧烷、丙烯酸酯共聚体和氟碳聚合物中的一种或多种。

11、进一步地，所述消泡剂选自硅溶剂型消泡剂和/或不含硅溶剂型消泡剂；

12、所述引发剂选自过硫酸钾和/或过硫酸钠。

13、进一步地，所述自修复胶囊的制备方法包含下列步骤：

14、(a)将甲基丙烯酸甲酯、引发剂和水聚合反应，生成聚甲基丙烯酸甲酯溶液；

15、(b)调节聚甲基丙烯酸甲酯溶液ph，向体系中加入尿素、间苯二酚、氯化铵和异佛尔酮二异氰酸酯进行乳化反应，得到乳化液；

16、(c)调整体系温度和ph，继续反应即得所述自修复胶囊。

17、进一步地，步骤(a)中所述聚合反应的温度为85-90℃，所述聚合反应的时间为10-15h；

18、步骤(b)中溶液ph为4-5，所述乳化反应的温度为85-90℃，所述乳化反应的时间为40-60min；

19、步骤(c)中体系温度为65-70℃，体系ph为1-2，反应的时间为80-120min。

20、本发明还提高了所述一种自修复防水涂料的制备方法，包含下列制备步骤：

21、将聚醚二醇、二异氰酸酯和催化剂混合反应得到聚氨酯树脂，随后向体系中加入自修复胶囊、石墨烯、分散剂、流平剂和消泡剂混合即得所述自修复防水涂料。

22、进一步地，所述混合反应的温度为80-90℃，所述混合反应的时间为2-4h。

23、本发明还提供了所述一种自修复防水涂料在海洋防腐涂层中的应用。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

25、本发明提出了一种自修复防水涂料，包含下列质量份数的原料：聚醚二醇20-30份、二异氰酸酯20-30份、催化剂1-3份、自修复胶囊10-20份、石墨烯8-25份、分散剂1-3份、流平剂1-3份和消泡剂1-2份；所述自修复胶囊包括：甲基丙烯酸甲酯40-80份、引发剂2-4份、尿素55-70份、间苯二酚5-10份、氯化铵5-10份、异佛尔酮二异氰酸酯20-40份和水180-220份。本发明提供的自修复防水涂料具有优异的力学强度、附着性以及耐候性。同时具备优异的防水性能，能够在潮湿的环境下长时间使用。并且在涂层受到破损时，可以较快速的修复破损表面，从而有效防止海水渗透，延长了涂层的使用寿命和保护效果。

26、本发明以聚醚二醇和二苯基甲烷二异氰酸酯生成的聚氨酯作为基础涂料，选用的聚醚二醇为全氟聚醚二醇，含有大量醚键，醚键的软段结构能够增加涂料分子链的柔顺性，从而赋予了涂料更好的弹性，在应用到海洋工程设施后，能够承受形变和冲击。另外，醚键的柔顺性还有助于聚氨酯涂料在加工和成型过程中的流动性，使得涂料更容易涂布在金属基材上形成均匀、光滑的涂层。并且，醚键的存在还有助于形成均匀的相结构，增强了涂料的内聚力和机械强度。

27、本发明中自修复胶囊包括：甲基丙烯酸甲酯40-80份、引发剂2-4份、尿素55-70份、间苯二酚5-10份、氯化铵5-10份、异佛尔酮二异氰酸酯20-40份和水180-220份。自修复胶囊在涂料中增强了涂料的致密度，提高了涂料的防腐能力，同时生成的聚甲基丙烯酸甲酯能够提高涂料的防水性能。当涂层发生破损时，异佛尔酮二异氰酸酯在遇水后，会快速固化成膜，从而迅速修补涂层的裂痕处，赋予了涂料自我修复的能力，延长了聚氨酯防水涂料的使用寿命。

28、本发明还在涂料体系中加入了石墨烯、分散剂、流平剂和消泡剂，其中，石墨烯具有超强的耐腐蚀性和抗氧化性能，这有助于增加涂层的耐候性，延长其使用寿命。在自修复防水涂料中，石墨烯的这些特性能够确保涂层在恶劣环境下依然保持稳定的性能。并且石墨烯具有极小的孔隙结构，可以显著降低涂层的透气率，提高密闭性，从而达到更好的防水效果。另外，石墨烯具有高强度和高模量的特性，将其添加到自修复防水涂料中可以显著提升涂层的硬度和耐磨性能。

29、分散剂能够防止石墨烯的聚集和沉降，确保石墨烯在涂料中均匀分布，有助于形成连续、致密的防水层，提高了防水效果。流平剂能够降低聚氨酯涂料的表面张力，使聚氨酯涂料在干燥成膜的过程中形成光滑、平整的涂层，有助于涂层表面减少水分渗透的通道，提高防水性能；并且可以减少涂料在干燥过程中出现的缩孔、针孔等缺陷，进一步提高涂层的防护性能。消泡剂能够迅速破坏施工过程中的气泡，使聚氨酯涂料表面更加平整，减少气泡对涂层的影响，有助于提高涂料与金属基材的粘结强度，增加涂层的附着力。