一种光响应自修复形状记忆聚氨酯防腐涂层及其制备方法技术

一种光响应自修复形状记忆聚氨酯防腐涂层及其制备方法，将填充材料加入到聚己内酯中，然后加入辛酸亚锡，130‑140℃反应24‑36h，加入溶剂、交联剂以及二月桂酸二丁基锡，在氮气保护下60‑80℃搅拌5‑10h，然后涂覆于金属表面，固化。本发明专利技术以聚己内酯作为基底，通过原位聚合法将光热转换材料引入聚合物网络，并引入催化剂和交联剂，通过交联作用形成聚合物网络，制备出能够自修复的形状记忆聚氨酯涂料。在红外光照射下，通过光热转换使涂层内部快速升温至130‑140℃，高温刺激形状记忆回复，趋使伤口表面接触，同时，聚合物链段剧烈运动，跨过损伤界面并伴随着氨酯键的断裂与重构，从而实现涂料的自修复功能。

A photo-responsive self-repairing shape memory polyurethane anticorrosive coating and its preparation method

A photo-responsive self-repairing shape memory polyurethane anticorrosive coating and its preparation method are introduced. The filling material is added to polycaprolactone, then tin octanoate is added, reacted at 130 140 for 24 36h, solvent, cross-linking agent and dibutyltin dilaurate are added, stirred at 60 80 C for 5 10h under the protection of nitrogen, and then coated on the metal surface to solidify. The invention takes polycaprolactone as the base, introduces photothermal conversion material into polymer network through in-situ polymerization, introduces catalyst and crosslinking agent, forms polymer network through crosslinking, and prepares self-repairing shape memory polyurethane coating. Under infrared irradiation, the interior of the coating is rapidly warmed up to 130 140 C by photothermal conversion, which stimulates the recovery of shape memory and tends to contact the wound surface. Meanwhile, the polymer chain moves violently across the damaged interface, accompanied by the breakage and reconstruction of urethane bond, thus realizing the self-repairing function of the coating.

【技术实现步骤摘要】
一种光响应自修复形状记忆聚氨酯防腐涂层及其制备方法
本专利技术涉及金属防腐涂料领域，具体涉及一种光响应自修复形状记忆聚氨酯防腐涂层及其制备方法。
技术介绍
金属腐蚀是无法避免的问题，据相关数据显示，全世界每年因金属腐蚀而造成的直接经济损失高达7000亿美元，我国因金属腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的3％。因此，对于金属材料的防腐研究一直是人们关注的热点。近年来，人们主要利用有机涂层涂在金属表面隔绝水、空气以及腐蚀性粒子防止金属的腐蚀，但有机涂层难以抵抗外界恶略环境造成的涂层破损，侵蚀性粒子通过破损处浸入金属表面，导致金属腐蚀，使涂层失效。针对以上问题，自修复涂料应运而生，自修复涂料即在涂料表面产生破损时，自身能够对外部刺激产生响应，通过某种方式修复受损部位，自行愈合，重新实现涂层对基体金属的保护的作用。人们根据自修复材料对外部刺激的必要性将其分为自主修复和非自主修复，根据是否存在愈合剂分为内在修复和外在修复。自修复涂料的出现提升了金属材料的可靠性，耐用性和使用寿命。事实上，填充愈合剂的涂料在修复表面损伤时受到释放愈合剂体积的限制，只有当损伤体积小于释放的愈合剂体积时损伤才能完全修复。当材料的愈合不依赖于愈合剂的释放，而是取决于可逆键交换或聚合物链扩散时，愈合仅限于可逆键范围内的局部修复，当损伤部位过大时，间隙间无法形成键桥，同样导致伤口无法愈合。Rodriguez等人提出了一种形状记忆辅助自修复(shape-memoryassistedhealing)的概念，比如，在聚己内酯(PCL)交联网络中，半贯穿式线性PCL链一旦受热便可以终止并且修复损伤部位。热能首先激活损伤部位形状记忆回复，并通过在线性链之间产生新键使机械能恢复。该修复过程完全不需要施加任何外力。但传统通过热刺激来使驱动形状记忆的回复以及内部的自修复，操作起来有许多局限性，与之相比，红外光刺激修复更易于操作，升温更加迅速，并且可以远程局部精确控制。因此，设计一种能够红外光响应形状记忆辅助的自修复涂料用于防止涂层大面积的损伤是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种光响应自修复形状记忆聚氨酯防腐涂层及其制备方法，该涂料在红外光照射下有良好的自修复性能以及形状记忆性能，无需施加任何外力，易于操作，在金属防腐涂层方面有良好的应用前景。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种光响应自修复形状记忆聚氨酯防腐涂层的制备方法，包括以下步骤：1)将填充材料加入到装有聚己内酯的容器中，超声分散使填充材料分散均匀，然后在氮气保护下，加入辛酸亚锡，130-140℃反应24-36h，得到接枝聚合物；2)向接枝聚合物中加入溶剂、交联剂以及二月桂酸二丁基锡，在氮气保护下60-80℃下搅拌5-10h，得到溶液，将溶液涂覆于金属表面，固化，得到光响应自修复形状记忆聚氨酯防腐涂层。本专利技术进一步的改进在于，填充材料为氧化石墨烯、聚多巴胺或多壁碳纳米管。本专利技术进一步的改进在于，填充材料的质量为填充材料与聚己内酯总质量的0.1％-5％。本专利技术进一步的改进在于，填充材料与聚己内酯总质量与辛酸亚锡的比1g：(0.001-0.005)μL。本专利技术进一步的改进在于，超声的功率为400W，时间为1-4h。本专利技术进一步的改进在于，溶剂为DMSO、DMF或THF；接枝聚合物与溶剂的比为1：(10-20)mL。本专利技术进一步的改进在于，交联剂为4，4`-二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯或苯二亚甲基二异氰酸酯；交联剂的加入量为接枝聚合物的质量的13％-23％。本专利技术进一步的改进在于，二月桂酸二丁基锡的加入量为接枝聚合物与交联剂的总质量的0-1％。本专利技术进一步的改进在于，固化的温度为60-80℃，时间为12h。一种根据上述制备方法得到的光响应自修复形状记忆聚氨酯防腐涂层。与现有自修复涂料相比，本专利技术所设计的自修复形状记忆聚氨酯涂料具有以下优点：本专利技术以聚己内酯作为基底，通过原位聚合法将光热转换材料引入聚合物网络，并引入催化剂和交联剂，通过交联作用形成聚合物网络，制备出一种能够自修复的形状记忆聚氨酯涂料。在红外光照射下，通过光热转换使涂层内部快速升温至130℃左右，高温刺激形状记忆回复，趋使伤口表面接触，同时，聚合物链段剧烈运动，跨过损伤界面并伴随着氨酯键的断裂与重构，从而实现涂料的自修复功能。本专利技术通过形状记忆辅助其自修复，无需施加外力，即可修复大面积的涂层损伤。本专利技术将光热转换材料均匀分散于聚合物网络，因此可以使用光源作为刺激源，使涂层损伤部位进行自修复，操作简便，应用灵活，可远距离并且局部精确控制。本专利技术经修复后的涂层依然可以保持良好的机械性能，可达到原涂层机械强度的80％以上。能有效保护金属，防止腐蚀，延长金属使用寿命。附图说明图1是本专利技术实施例1提供的自修复形状记忆聚氨酯涂层的红外光谱图；图2是本专利技术实施例1提供的自修复形状记忆聚氨酯涂层的核磁共振氢谱；图3是本专利技术实施例1提供的氧化石墨烯和自修复形状记忆聚氨酯涂层的透射电镜图；其中，(a)为氧化石墨烯的TEM，(b)为自修复形状记忆聚氨酯涂层的TEM。图4是本专利技术实施例1提供的自修复形状记忆聚氨酯涂层修复前后的偏光显微镜对比图；其中，(a)为涂层损伤时的偏光显微镜照射图，(b)为涂层自修复后的偏光显微镜照射图。图5是本专利技术实施例4提供的自修复形状记忆聚氨酯涂层修复前后的偏光显微镜对比图；其中，(a)为涂层损伤时的偏光显微镜照射图，(b)为涂层自修复后的偏光显微镜照射图。图6是本专利技术实施例6提供的自修复形状记忆聚氨酯涂层修复前后的偏光显微镜对比图；其中，(a)为涂层损伤时的偏光显微镜照射图，(b)为涂层自修复后的偏光显微镜照射图。图7是本专利技术实施例7提供的自修复形状记忆聚氨酯涂层修复前后的偏光显微镜对比图；其中，(a)为涂层损伤时的偏光显微镜照射图，(b)为涂层自修复后的偏光显微镜照射图。图8是本专利技术实施例1提供的自修复形状记忆聚氨酯涂层修复前后的扫描电镜对比图；其中，(a)为涂层损伤时的SEM，(b)为涂层自修复后的SEM。图9是本专利技术实施例1提供的自修复形状记忆聚氨酯涂层涂覆于刀片后的防腐示意图。其中，(a)为纯刀片被腐蚀的照片,(b)为涂覆聚氨酯涂层的刀片损伤后被腐蚀的照片，(c)为涂覆聚氨酯涂层的刀片损伤并自修复后被腐蚀的照片。图10是本专利技术实施例1提供的自修复形状记忆聚氨酯涂层涂覆于刀片后的偏光显微镜对比图。其中，(a)为纯刀片被腐蚀后表面的偏光显微镜照片，(b)为涂覆聚氨酯涂层的刀片损伤后被腐蚀的表面的偏光显微镜照片，(c)为涂覆聚氨酯涂层的刀片损伤并自修复后被腐蚀的样品表面的偏光显微镜照片。具体实施方式本专利技术制备了一种可修复大面积损伤的形状记忆聚氨酯涂料。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。本专利技术以聚己内酯作为基底，通过原位聚合法将光热转换材料引入聚合物网络，并引入一定量的催化剂和交联剂，通过交联作用形成聚合物网络，制备出一种能够自修复的形状记忆聚氨酯涂料。在红外光照射下，通过光热转换使涂层内部快速升温至130℃左右，高温刺激形状记忆回复，趋使伤口表面接触，同时，聚合物链段剧烈运动，跨过损伤界面并伴随着本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光响应自修复形状记忆聚氨酯防腐涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将填充材料加入到装有聚己内酯的容器中，超声分散使填充材料分散均匀，然后在氮气保护下，加入辛酸亚锡，130‑140℃反应24‑36h，得到接枝聚合物；2)向接枝聚合物中加入溶剂、交联剂以及二月桂酸二丁基锡，在氮气保护下60‑80℃下搅拌5‑10h，得到溶液，将溶液涂覆于金属表面，固化，得到光响应自修复形状记忆聚氨酯防腐涂层。

【技术特征摘要】
1.一种光响应自修复形状记忆聚氨酯防腐涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将填充材料加入到装有聚己内酯的容器中，超声分散使填充材料分散均匀，然后在氮气保护下，加入辛酸亚锡，130-140℃反应24-36h，得到接枝聚合物；2)向接枝聚合物中加入溶剂、交联剂以及二月桂酸二丁基锡，在氮气保护下60-80℃下搅拌5-10h，得到溶液，将溶液涂覆于金属表面，固化，得到光响应自修复形状记忆聚氨酯防腐涂层。2.根据权利要求1所述的一种光响应自修复形状记忆聚氨酯防腐涂层的制备方法，其特征在于，填充材料为氧化石墨烯、聚多巴胺或多壁碳纳米管。3.根据权利要求1所述的一种光响应自修复形状记忆聚氨酯防腐涂层的制备方法，其特征在于，填充材料的质量为填充材料与聚己内酯总质量的0.1％-5％。4.根据权利要求3所述的一种光响应自修复形状记忆聚氨酯防腐涂层的制备方法，其特征在于，填充材料与聚己内酯总质量与辛酸亚锡的比1g：(0.001-0.005)μL。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：白永康，张纪雯，陈鑫，陈莉，田然，田雨，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61