一种自修复涂层及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种自修复涂层及其制备方法，属于材料自修复技术领域，解决了现有技术中触摸屏易磨损和自修复能力较弱的问题。上述自修复涂层包括设于基体表面的基层以及设于基体涂层表面的自修复层；基层采用氨基硅烷改性的水性聚氨酯树脂制得，自修复层采用环氧基硅烷和稀醋酸的混合水解液制得。上述自修复涂层在人机触摸屏、家电、电子、汽车挡风玻璃、医疗设备和酒店设施等人手频繁触摸或容易遭受划伤的界面等领域有广泛的应用前景。

Self repairing coating and preparation method thereof

The invention discloses a self-repairing coating and a preparation method thereof, belonging to the technical field of material self-repairing, and solves the problem of easy wear and weak self-repairing ability of touch screen in the prior art. The self-repairing coating includes a base layer on the surface of the substrate and a self-repairing layer on the surface of the base coating; the base layer is made of amino-silane modified waterborne polyurethane resin, and the self-repairing layer is made of a mixture of epoxy-silane and dilute acetic acid hydrolysate. The self-repairing coating has a wide range of application prospects in the fields of human-computer touch screen, household appliances, electronics, automotive windshield, medical equipment and hotel facilities, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种自修复涂层及制备方法
本专利技术涉及一种材料自修复技术，具体涉及一种自修复涂层及其制备方法。
技术介绍
智能涂层不仅能够赋予基体材料特定功能，还能够有效地延长基体材料的服役寿命。现有技术中，自修复智能涂层通常采用纳米颗粒、水滑石、微胶囊或纳米管等作为载体携带自愈剂，从而实现对涂层缺陷的修复。上述自修复智能涂层的修复机理是涂层在外力作用下受损时，载体在应力下遭到破坏，自愈剂从载体中释放并填补伤口，从而达到修复涂层的目的。但是，上述自修复智能涂层均是从外部引入自愈剂，通过载体使涂层具有自修复功能。对于触摸屏，其遭受的是人手磨损，并未造成涂层变形，在这种情况下，自愈剂难以释放，使得现有的自修复智能涂层无法应用于触摸屏，从而导致触摸屏易磨损和自修复能力较弱。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种自修复涂层及其制备方法，解决了现有技术中触摸屏易磨损和自修复能力较弱的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种自修复涂层，包括设于基体表面的基层以及设于基体涂层表面的自修复层；基层采用氨基硅烷改性的水性聚氨酯树脂制得，自修复层采用环氧基硅烷和稀醋酸的混合水解液制得。进一步地，氨基硅烷中的水解基团为氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基或乙酰氧基的一种或几种。进一步地，环氧基硅烷中的水解基团为氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基或乙酰氧基的一种或几种。本专利技术还提供了一种自修复涂层的制备方法，用于制备上述自修复涂层，制备方法包括如下步骤：将水性聚氨酯树脂溶液与氨基硅烷混合，得到氨基硅烷改性的水性聚氨酯树脂；将稀醋酸、环氧基硅烷与水混合，得到环氧基硅烷和稀醋酸的混合水解液；将氨基硅烷改性的水性聚氨酯树脂喷涂到清洁处理后的基体表面，进行第一次固化，形成基层，得到带有基层的基体；将环氧基硅烷和稀醋酸的混合水解液喷涂到带有基层的基体表面，进行第二次固化，形成自修复层，得到自修复涂层。进一步地，水性聚氨酯树脂与氨基硅烷的体积比为4～17：1；环氧基硅烷与稀醋酸的体积比为5～7：1，稀醋酸的摩尔体积浓度为0.8～1.2mol/L。进一步地，氨基硅烷改性的水性聚氨酯树脂的pH值为8.0～9.0；氨基硅烷改性的水性聚氨酯树脂的温度为10℃～45℃；氧基硅烷和稀醋酸的混合水解液的pH值为5.0～6.5。进一步地，采用氨水和/或醋酸调节氨基硅烷改性的水性聚氨酯树脂的pH值。进一步地，第一次固化温度为100～120℃，第一次固化时间为15～30min；第二次固化温度为100～120℃，第二次固化时间为15～30min。进一步地，氨基硅烷改性的水性聚氨酯树脂溶液采用如下方法制备：步骤A.将水性聚氨酯树脂溶于去离子水中，在600～1000r/min搅拌下，用氨水调节溶液pH值至8.0～9.0，以1000～1500r/min搅拌20～50min，得到试剂1；步骤B.以1000～1500r/min搅拌下，将助溶剂加入到试剂1中，并持续搅拌20～50min，得到试剂2；步骤C.以1000～1500r/min搅拌下，将成膜助剂加入到试剂2中，并持续搅拌20～50min，得到试剂3；步骤D.以1000～1500r/min搅拌下，将氨基硅烷加入到试剂3中，持续搅拌36～72h，得到试剂4；步骤E.降低转速至600～900r/min，将润湿剂、流平剂和消泡剂加入到试剂4中，持续搅拌20～50min，得到试剂5；步骤F.将氨水加入到试剂5中，调节溶液pH值为8.0～9.0，持续搅拌20～50min，得到氨基硅烷改性的水性聚氨酯树脂溶液。进一步地，环氧基硅烷和稀醋酸的混合水解液采用如下方法制备：在600～1000r/min搅拌下，将稀醋酸加入环氧基硅烷中，持续搅拌20～50min；再将水滴入，持续搅拌1～5h，得到环氧基硅烷和稀醋酸的混合水解液。与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：a)本专利技术提供的自修复涂层采用氨基硅烷改性的水性聚氨酯树脂制备基层，使氨基硅烷能够提高聚氨酯树脂本身的硬度，从而提高基层的硬度，使其能够有效抵抗外力的磨损。b)本专利技术提供的自修复涂层采用环氧基硅烷和稀醋酸的混合水解液制备自修复层，通过环境pH变化诱发的方式进行修复，这种方式比外力受损诱发修复的方式更加灵敏，启动修复更加及时，且不会带来因载入自愈剂数量有限而导致自愈能力不足的问题。c)本专利技术提供的自修复涂层利用硅烷的自组装技术进行修复方法，不仅包含硅烷自身缩聚反应，而且包含硅烷同基层之间的偶联反应，因此自修复再生的保护层交联密度较高，同时与基材有牢固的附着力。d)本专利技术提供的自修复涂层中未引入外来载体和其他无机氧化剂，所用材料无毒无害，不会对环境和后续的处理带来成本增加。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本专利技术提供的自修复涂层中硅烷的水解和在基材表面形成自组装膜的过程，其中Y代表功能性基团，如乙烯基、环氧基、氨基等，R代表水解基团，如氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基等，这些基团水解时即生成硅醇[Si(OH)3]；图2为在酸性条件下环氧基硅烷水解并缩聚的过程；图3为本专利技术提供的自修复涂层磨损区域自修复示意图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。本专利技术提供了一种自修复涂层，如图1至3所示，其包括设于基体表面的基层以及设于基体涂层表面的自修复层。其中，基层采用氨基硅烷改性的水性聚氨酯树脂制得，自修复层采用环氧基硅烷和稀醋酸的混合水解液制得。与现有技术相比，本专利技术提供的自修复涂层(厚度为0.5～2μm)对人机接触界面具有较好的防护作用，且其拥有较高的透明度，不会改变基体本身的外观。当上述涂层在服役过程中被人手触摸磨损时，弱酸性的人体汗液引起涂层表面pH变化，涂层表面的环氧基硅烷在人体汗液的诱导之下自发水解并通过自组装方式重新成膜，从而实现自修复，并且利用这种修复手段，涂层能够实现同一区域多次修复，从而能够在保证涂层的透明度基础上，显著延长基体的服役寿命。同时，这种具有自修复能力、透明耐磨损涂层的制备方法简单，所用的原料无毒无害，从而能够广泛应用于人机触摸屏、家电、电子、汽车挡风玻璃、医疗设备和酒店设施等人手频繁触摸或容易遭受划伤的界面等领域。具体来说，上述自修复涂层具有以下优点：a)采用氨基硅烷改性的水性聚氨酯树脂制备基层，使氨基硅烷能够提高聚氨酯树脂本身的硬度，从而提高基层的硬度，使其能够有效抵抗外力的磨损；b)采用环氧基硅烷和稀醋酸的混合水解液制备自修复层，通过环境pH变化诱发的方式进行修复，这种方式比外力受损诱发修复的方式更加灵敏，启动修复更加及时，且不会带来因载入自愈剂数量有限而导致自愈能力不足的问题；c)利用硅烷的自组装技术进行修复方法，不仅包含硅烷自身缩聚反应，而且包含硅烷同基层之间的偶联反应，因此自修复再生的保护层交联密度较高，同时与基材有牢固的附着力；d)上述涂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自修复涂层，其特征在于，包括设于基体表面的基层以及设于基体涂层表面的自修复层；所述基层采用氨基硅烷改性的水性聚氨酯树脂制得，所述自修复层采用环氧基硅烷和稀醋酸的混合水解液制得。

【技术特征摘要】
1.一种自修复涂层，其特征在于，包括设于基体表面的基层以及设于基体涂层表面的自修复层；所述基层采用氨基硅烷改性的水性聚氨酯树脂制得，所述自修复层采用环氧基硅烷和稀醋酸的混合水解液制得。2.根据权利要求1所述的自修复涂层，其特征在于，所述氨基硅烷中的水解基团为氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基或乙酰氧基的一种或几种。3.根据权利要求1所述的自修复涂层，其特征在于，所述环氧基硅烷中的水解基团为氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基或乙酰氧基的一种或几种。4.一种自修复涂层的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1至3任一项所述的自修复涂层，所述制备方法包括如下步骤：将水性聚氨酯树脂溶液与氨基硅烷混合，得到氨基硅烷改性的水性聚氨酯树脂；将稀醋酸、环氧基硅烷与水混合，得到环氧基硅烷和稀醋酸的混合水解液；将氨基硅烷改性的水性聚氨酯树脂喷涂到清洁处理后的基体表面，进行第一次固化，形成基层，得到带有基层的基体；将环氧基硅烷和稀醋酸的混合水解液喷涂到带有基层的基体表面，进行第二次固化，形成自修复层，得到自修复涂层。5.根据权利要求4所述的自修复涂层的制备方法，其特征在于，所述水性聚氨酯树脂与氨基硅烷的体积比为4～17：1；所述环氧基硅烷与稀醋酸的体积比为5～7：1，稀醋酸的摩尔体积浓度为0.8～1.2mol/L。6.根据权利要求4所述的自修复涂层的制备方法，其特征在于，所述氨基硅烷改性的水性聚氨酯树脂的pH值为8.0～9.0；所述氨基硅烷改性的水性聚氨酯树脂的温度为10℃～45℃；所述氧基硅烷和稀醋酸的混合水解液的pH值为5.0～6.5。7.根据权利要求6所述的自修复涂层的制备方法，其特征在于，采...

【专利技术属性】
技术研发人员：高志强，江社明，张启富，李远鹏，张杰，刘昕，张子月，
申请(专利权)人：新冶高科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11