一种高分子聚合弹性表面惰性保护材料的制备方法

技术领域

本发明涉及高分子技术，具体涉及一种高分子聚合弹性表面惰性保护材料的制备方法。

背景技术

在目前的社会生产中大量运用机械设备，特别是基建中。为了达到美观、警示、易于分辨等目的常常在机械设备的表面涂上不同颜色的油漆，然而在设备使用过程中难免会有易污染物泄漏而造成设备表面被污染物附着覆盖。部分污染物在清洗时不易清理，或者难易快速清理，甚至损坏表面油漆，提高运营成本和维护成本。

两种特殊润湿性功能化材料的制备及其应用特性研究：大自然各种精妙的特殊润湿性激发了人类的灵感，研究者通过模仿自然制备了一系列具有特殊润湿性的材料，并广泛应用于防水、防结冰、防污染、防腐蚀、油水分离、自清洁、定向微流运输等领域。近年来随着表界面科学技术的发展，特殊润湿性表面的制备从最简单的自然模板法朝着精准设计、功能特殊的方向不断优化，然而特种润湿材料的大规模工业化生产依然受很多因素的限制，例如，高度疏水材料表面不能排斥具有较低表面张力系数的油性污染液体；尽管超疏油材料表面可以排斥低表面能液体，但其材料的微观设计非常复杂，机械稳定性也难以保障性能的实用长效性：油注入的防污材料经过高温、久置以及磨损后注入液体流失严重，且此类表面的设计要考虑到基底材料与润滑油的相容性以及测试液体与对基底润湿的优先性等；光滑表面常常通过接枝低表面能的柔性分子链达到对低表面张力系数的液体的滑动，然而很多接枝处理涉及到复杂的化学过程以及苛刻的反应温度和气氛条件，而且所得光滑表面难以承受长时间的外界化学和物理破坏。此外，聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为一种最常用的无污染低表面能修饰物

其固化却一直受到时间和空间的严重制约；常被用来构造疏水表面的微粒物需经特殊处理至微纳米级才能投入实验；光滑表面对测试液滴具有良好的滑动性，但是不一定具备优异的防涂鸦、抗腐蚀性能。针对上述提出的问题，本论文主要探究了绿色环保、易于大规模生产的高度疏水涂层和光滑表面涂层的制备，同时研究这两种特殊润湿材料的应用特性，包括疏水涂层的防污性与油水分离性以及光滑涂层的优异防污、防涂鸦和抗腐蚀性，具体研究内容如下。

1.以马铃薯淀粉颗粒和PDMS为实验原料，淀粉属于可再生资源，相比于其他微纳米颗粒绿色环保，PDMS也属于无毒低表面能修饰物，实验利用便于大规模生产的喷涂工艺初步制得疏水涂层后，紧接着用热风枪实现了涂层的快速固化，克服了传统烘箱热固化受时间和空间限制的问题。所得涂层对甲基蓝水溶液、泥水、可乐和橙汁等日常污染液均具有良好的防污性能；利用涂层所制备的油水分离材料可以快速地分离油水混合物和油包水乳液，经紫外吸收法测得油水混合物和油包水乳液的分离效率均保持在99％以上；此外，涂层具有良好机械稳定性和化学耐久性，经多次循环磨损和弯曲循环测试后WaterContactAngel(WCA)几乎不变，经水、酸、盐等溶液长时间浸泡后涂层仞具有良好的疏水性。

2.上述制备的高度疏水涂层仅仅能够防止水性液体的浸渍与污染，对于乙醇、植物油、油墨等低表面张力系数的液体没有防污性，因此我们利用PDMS与聚二甲基氢化硅氧烷(PHMS)的交联制得一种光滑表面，该表面对表面张力系数低的液体具有良好的防污性，这主要得益于光滑表面分布的低表面能硅氧烷聚合物链，这层分子链被基体牢牢地固定在材料表面难以流失，同时，此类分子链具有良好的柔性，能够在一定范围内流动，有利于液体在其表面滑动。实验方法简单可控，不需要特殊气氛与温度条件；所制备的涂层高度透明且有很好的防污和防涂鸦效果，有机试剂、水性染料、油性墨水、水性墨水和粘油等均会顺利地滑离表面，油性记号笔在涂层表面涂鸦不会留下浓重的墨迹。电化学工作站测得有涂层金属相比裸露金属其自腐蚀电流密度降低了2个数量级，表示光滑斥液涂层对于降低金属的腐蚀性效果显著，自腐蚀电位向正方向移动表明被涂层保护的金属耐蚀性提高，Nyquist曲线回路直径显示有涂层的钢片的电阻值远远大于裸钢，说明涂层可以有效阻挡溶液中的离子渗透到钢中，降低钢在腐蚀液中被腐蚀破坏的倾向。此外，制备的涂层稳定性良好，涂层分别经60℃水浴4h、120℃水浴4h,250℃热处理24h、液氮冷冻1h、紫外辐射2h、太阳光照20天、反复擦拭250个循环等一系列测试后依然保持良好的防污、防涂鸦性能。

聚醚醚酮水性上浆剂对碳纤维热塑性复合材料界面性能的影响，天津工业大学学报Journal ofTianjin Polytechnic University,2022,41(3)，为了提高碳纤维(CFs)热塑性树脂基复合材料的界面性能，采用以相反转乳化法制备的聚醚醚酮(PEEK)水性上浆剂对CFs进行上浆处理，然后通过手糊热压的方式制备CFs/PEEK树脂热塑性复合材料，研究上浆剂乳液浓度与上浆剂的附着量对CFs及其热塑性复合材料界面性能的影响.结果表明：当PEEK上浆剂在水乳液中质量分数为2％时，乳液的表面张力具有最小值29.2mN/m,PEEK上浆剂乳液具有最佳的表面润湿与铺展性能，PEEK上浆剂的最佳附着量为6mg/g；采用此上浆工艺条件上浆后的CFs表面氧元素质量分数增加到19.51％,CFs复丝断裂强度较原厂上浆CFs提高了23.7％,制备的CFs/PEEK复合材料拉伸强度、弯曲强度和层间剪切强度比未上浆改性的分别提高了58.37％、37.01％和47.53％.与基体树脂同质的PEEK复合型水性上浆剂能明显改善CFs/PEEK复合材料的界面黏结性能，显著提高CFs/PEEK的整体力学性能

环氧改性水性聚氨酯上浆剂对碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面性能的影响，材料导报，Materials Review,2019,33(10)，使用自行合成的环氧改性水性聚氨酯(EWPU)上浆剂对碳纤维进行表面处理，主要研究了EWPU上浆剂对碳纤维表面及碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面性能的影响，采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和静态接触角等表征方法对比研究了二次上浆处理前碳纤维(CF)和处理后碳纤维(MCF)的表面形貌、表面化学元素组成和浸润性的变化.并通过单纤维破碎实验和短梁剪切法，研究了EWPU上浆剂对碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面力学性能的影响.结果表明，经EWPU上浆处理后碳纤维表面O/C值增加了39.13％,表面活性官能团的含量增加了14.97％,碳纤维与树脂的初始和稳态接触角分别减小了19.41％和20.59％,碳纤维/氰酸酯树脂复合材料的单丝界面剪切强度和层间剪切强度分别增加了13.42％和14.29％.

材料研究学报，Chinese Journal ofMaterials Research,2019,33(4)新型水性上浆剂对碳纤维及其复合材料界面性能的影响，使用新型水性上浆剂O3PPA对碳纤维表面进行改性处理，使用聚己内酰胺树脂为基体制备碳纤维/聚己内酰胺树脂复合材料，使用X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、纤维强伸度仪(XO-1A)、万能材料试验机等手段表征改性后的碳纤维和碳纤维/聚己内酰胺树脂复合材料结果表明.O3PPA的最佳上浆质量分数和吸附量分别为1％和5mg/g.经O3PPA处理的碳纤维单丝的断裂强度提高了12％,碳纤维短丝在聚己内酰胺树脂中的分散性明显提高.而经O3PPA处理的碳纤维/聚己内酰胺树脂复合材料，其弯曲强度和层间剪切强度比未处理分别提高了35％和46％.。

申请/专利号：CN201310172530.X公开/公告号：CN104140776A一种水性环保价廉墙界面处理材料及制备方法。其采用如下组份制备成墙界面处理材料，各组份重量百分比含量为：水溶性高分子聚合物4-8％、聚合物乳液15-25％、丙烯酸类单体5-10％、助剂1-1.5％、软化水60-70％。本发明生产过程简单易控，产品物美价廉，无毒无味，对环境无污染，对施工人员身体健康无害，使用安全方便。可采用刷涂、滚涂、喷涂等方法施工；具有优异的渗透性，能充分浸润基材表面，使基层密实，提高界面的附着力。可广泛用于新旧建筑砖混墙面基层密实处理、墙面旧涂料的翻新处理改造施工等。

申请/专利号：CN201810431097.X公开/公告号：CN108727952B一种自乳化水性醇酸树脂和自乳化水性醇酸漆及制备方法，所述自乳化水性醇酸树脂固含量为80±1％,外观为透明的自乳化水性醇酸树脂；所述的自乳化水性醇酸漆以自乳化水性醇酸树脂为基料，与颜填料、催干剂、中和剂、去离子水、消泡剂、底材润湿剂、分散剂和增稠剂通过混合搅拌制备而成，其不挥发物含量45～55,硬度0.3～0.5,VOC含量在100g/L以下；所述的制备方法主要包括a)制取颜填料浆、b)混合阶段；该自乳化水性醇酸漆能达到或接近溶剂型漆的性能，主要用于建筑物磁漆、木制品底漆、防腐底漆、农用机械、建筑机械、火车、电车公共汽车及钢铁强梁涂装系统。

申请/专利号：CN201310402318.8公开/公告号：CN103450787A一种水性乳化醇酸调合漆及其制备工艺，各成分的比重为32-50％的中长油度醇酸树脂，2-5％的轻钙；7-12％的颜料，0.6-0.8％的乳化剂，0.8-1.3％的钴，1-3％801,35-38％的水，3-5％200#溶剂油，2-3％滑石粉。按如下步骤进行：将树脂和溶剂(60％)倒入容器中并开始搅拌，在搅拌的过程中依次加入颜料、全部填料、催干剂，充分搅拌均匀。送料泵抽入卧式砂磨机研磨，待研磨至，40-45目，抽入容器搅拌20分钟后再加入乳化剂、水，直到所有的原料充分混合达到粘度至(涂-4杯黏度计)80S。效果是丰满亮丽，而且耐黄变性能好，耐候性强并具有优异的耐磨、耐水、酸、盐及良好的腐蚀性。

文件由上至下依次介绍了两种特殊润湿性功能化材料的制备及其应用特性研究；聚醚醚酮水性上浆剂对碳纤维热塑性复合材料界面性能的影响；环氧改性水性聚氨酯上浆剂对碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面性能的影响；新型水性上浆剂对碳纤维及其复合材料界面性能的影响，使用新型水性上浆剂O3PPA对碳纤维表面进行改性处理，使用聚己内酰胺树脂为基体制备碳纤维/聚己内酰胺树脂复合材料，使用X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、纤维强伸度仪CXO-1A)、万能材料试验机等手段表征改性后的碳纤维和碳纤维聚己内酰胺树脂复合材料，结果表明，03PPA的最佳上浆质量分数和吸附量分别为1％和5mg/g.经O3PPA处理的碳纤维单丝的断裂强度提高了12％,碳纤维短丝在聚己内酰胺树脂中的分散性明显提高，而经O3PPA处理的碳纤维/聚己内酰胺树脂复合材料，其弯曲强度和层间剪切强度比未处理分别提高了35％和46％，但是其成膜以及使用效果并非最佳，因此亟需一种高分子聚合弹性表面惰性保护材料的制备方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高分子聚合弹性表面惰性保护材料的制备方法，以解决现有技术中的上述不足之处。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高分子聚合弹性表面惰性保护材料的制备方法，按质量分数计包括以下：

有机硅改性水性聚丙烯醇树脂10-50份；

流平剂1-3份；

异丙醇1-5份；

防腐剂0.1-1份；

去离子水50-78份。

本发明提供的再一个实施例中，包括以下步骤：

步骤1：将机硅改性水性聚丙烯酸酯树脂、有机硅改性水性聚丙烯醇树脂、去离子水加入搅拌釜，升温溶解，直至完全溶解并混合均匀；

步骤2：将流平剂、异丙醇、防腐剂加入空搅拌釜，加入一定量的去离子水搅拌溶解，混合均匀；

步骤3：将步骤2的溶液加入一次性加入步骤1的溶液中继续搅拌，在搅拌的情况下再滴加入含量为5％的PH调节剂水溶液，直到搅拌均匀；

步骤4：将步骤3溶液过滤，检验包装成品。

本发明提供的再一个实施例中，所述步骤1中混合搅拌速度为每分钟90-120转，搅拌时间为2-5h，混合温度为60-85℃。

本发明提供的再一个实施例中，所述步骤2中混合搅拌速度为每分钟90-120转，搅拌时间为30min。

本发明提供的再一个实施例中，所述步骤3中混合搅拌速度为每分钟90-120转，搅拌时间为1-3h。

本发明提供的再一个实施例中，所述PH调节剂为碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙、三乙胺、氢氧化钾、氢氧化钠、四甲基氢氧化铵其中的一种或两种混合物。

本发明提供的再一个实施例中，所述防腐剂为二氧化硫、亚硫酸盐及亚硝酸盐其中的一种或两种混合物。

在上述技术方案中，本发明提供的一种高分子聚合弹性表面惰性保护材料的制备方法，采用一定分子量的含氢硅油，通过引入自交联硅羟基基团，再引入亲水的聚醚单元合成自交可联型乳化剂，再与改性白碳黑纳米材料，低表面能高分子成膜材料，水等复配成水性聚合弹性表面惰性保护材料产品，最终使表面活性提高30％,成膜率提升50％。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将对本发明作进一步的详细介绍。

本发明实施例提供的一种高分子聚合弹性表面惰性保护材料的制备方法，按质量分数计包括以下：

有机硅改性水性聚丙烯醇树脂10-50份；

流平剂1-3份；

异丙醇1-5份；

防腐剂0.1-1份；

去离子水50-78份。

本发明提供的再一个实施例中，包括以下步骤：

步骤1：将机硅改性水性聚丙烯酸酯树脂、有机硅改性水性聚丙烯醇树脂、去离子水加入搅拌釜，升温溶解，直至完全溶解并混合均匀；

步骤2：将流平剂、异丙醇、防腐剂加入空搅拌釜，加入一定量的去离子水搅拌溶解，混合均匀；

步骤3：将步骤2的溶液加入一次性加入步骤1的溶液中继续搅拌，在搅拌的情况下再滴加入含量为5％的PH调节剂水溶液，直到搅拌均匀；

步骤4：将步骤3溶液过滤，检验包装成品。

本发明提供的再一个实施例中，所述步骤1中混合搅拌速度为每分钟90-120转，搅拌时间为2-5h，混合温度为60-85℃。

本发明提供的再一个实施例中，所述步骤2中混合搅拌速度为每分钟90-120转，搅拌时间为30min。

本发明提供的再一个实施例中，所述步骤3中混合搅拌速度为每分钟90-120转，搅拌时间为1-3h。

本发明提供的再一个实施例中，所述PH调节剂为碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙、三乙胺、氢氧化钾、氢氧化钠、四甲基氢氧化铵其中的一种或两种混合物。

本发明提供的再一个实施例中，所述防腐剂为二氧化硫、亚硫酸盐及亚硝酸盐其中的一种或两种混合物。

实施例1

步骤1：将10kg机硅改性水性聚丙烯酸酯树脂、6kg有机硅改性水性聚丙烯醇树脂、16kg去离子水加入搅拌釜，开启搅拌并升温至80℃溶解，直至完全溶解并混合均匀；

步骤2：将流平剂300g、异丙醇600g、防腐剂100g加入空搅拌釜，加入1kg的去离子水搅拌溶解，混合均匀；

步骤3：将步骤2的溶液一次性加入步骤1的溶液中继续搅拌，在搅拌的情况下再滴加入含量为5％的PH调节剂水溶液2kg，直到搅拌均匀；

步骤4：将步骤3溶液过滤，检验有效含量、应用性能等数据，完全合格后包装成品，既得一种高分子聚合弹性表面惰性保护材料。

优先的，步骤1中混合搅拌速度为每分钟90-120转，搅拌时间为2-5h，混合温度为60-85℃；步骤2中混合搅拌速度为每分钟90-120转，搅拌时间为30min；步骤3中混合搅拌速度为每分钟90-120转，搅拌时间为1-3h。

实施例2

步骤1：将8kg机硅改性水性聚丙烯酸酯树脂、8kg有机硅改性水性聚丙烯醇树脂、16kg去离子水加入搅拌釜，开启搅拌并升温至80℃溶解，直至完全溶解并混合均匀；

步骤2：将流平剂400g、异丙醇1kg、防腐剂150g加入空搅拌釜，加入1.5kg的去离子水搅拌溶解，混合均匀；

步骤3：将步骤2的溶液一次性加入步骤1的溶液中继续搅拌，在搅拌的情况下再滴加入含量为5％的PH调节剂水溶液2kg，直到搅拌均匀；

步骤4：将步骤3溶液过滤，检验有效含量、应用性能等数据，完全合格后包装成品，既得一种高分子聚合弹性表面惰性保护材料。

优先的，步骤1中混合搅拌速度为每分钟90-120转，搅拌时间为2-5h，混合温度为60-85℃；步骤2中混合搅拌速度为每分钟90-120转，搅拌时间为30min；步骤3中混合搅拌速度为每分钟90-120转，搅拌时间为1-3h。

上述实施例1和实施例2所得产品溶液均是通过喷涂即可在处理物表面形成一层具有高强度且具有一定水溶性的膜，阻挡污物直接接触物体表面，后期只需要用水冲洗溶解保护膜即可轻松去除污染物，喷涂处理速度快，不需要投资专用的设备，技术要求低，普通工人即可完成施工作业。此外，本方案降低前期涂饰和后期清理成本，提高生产效率，且本方案所用材料为生物可降解材料，无环境污染。

通过上述两个实施例，对制备的设备保护膜溶液的性能进行实验阐述

上述所述保护溶液是一种高分子聚合弹性表面惰性保护材料，特点是环保、附着力强、整片易撕离、无残留、高透明、固化快、耐候性强并且可以常温喷涂(或滚筒、刷涂)、施工简便，应用广泛。作业后2-3小时成型，胶膜能够与本体良好贴合，实现整体完美包覆，尤其对遇不规则结构及其边缝，可一次性作业成型，整体无边角余料，且无任何废料污染和有害气体散发。同时，作为一种液态保护性材料，其适用性异常突出，将彻底解决高空作业平台油漆涂料污染等实际问题。

设备保护溶液的相关参数

涂装方式灵活多样：液态保护剂可以采用喷涂或滚筒涂布式、刷涂式，灵活简便。

可多种材料表面作业:液态保护剂可以在干燥的基质表面施工，对基质的表面要求也比

传统卷材保护材料更简单。使得产品可以使用在任何产品加工。

功能多样：液态保护剂对基质形成完美覆盖，除能够实现优良保护之外，还能同时实现防锈、防尘、防潮、防刮伤及清除指纹等多种功效。

节能环保：既减少传统材料用量，又节约了资源，又减少了日后拆除时产生垃圾，节材是节能环保的重要组成部分。

水性保护剂，通过喷涂等方式涂到产品表面，自动生成保护膜，对于常规保护难以做到的地方，可以有个很好的互补作用。

本发明所述设备保护膜溶液的施工工艺流程：

1、基面处理：

基层应彻底清除疏松、起皮、空鼓、粉化的基层，然后，去除灰尘、油污等污染物。

2、金属表面滚筒施工：

(1)工具与材料

①毛辊(滚筒)

(2)涂刷前应将基层打理干净，清理浮尘，毛滚应保持清洁，涂刷1-2遍，刷涂均匀，

绝不可有漏刷现象。水性保护膜施工时禁止兑水。

3、喷枪金属表面喷膜：

(1)工具与材料

①喷枪②空压机

(2)与滚筒施工的基层处理一样，基层需干净，无浮尘，喷涂前，基层要充分干燥，施

工气温必须在-10℃以上，涂布量会因涂装效果、气候、基面状况、施工方法不同而有所差异。第一次施工需由专业人员进行施工指导，较长时间静置存放的产品在开盖使用前可轻微搅动，不许机械搅拌，无需加水稀释。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。