[发明专利]一种氟化聚氨酯纳米复合材料及其制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机纳米颗粒增强的氟化聚氨酯疏水疏油耐磨蚀涂层复合材料及其制备 技术，特别是该方法制备的涂层材料既具有疏水和疏油性能，又具满足在超重力或高速冲击 使用条件下的耐热、抗蚀、耐磨损等性能，特别适用于超重力反应器金属填料表面和耐冲击 磨损、腐蚀的机械、石油、化工管道系统表面处理。

技术背景

超重力技术研发自英国帝国化学工业公司(ICI公司)于1983年开发成功高强度气液传 质设备Higee(High-Gravity-Rotary Device)以来，引起了工业界的密切关注，迅速成为突 破传统反应器，在传质、传热方面具有突出优势的一项新技术。

超重力反应器在运行过程中，由于受热环境和与物料的高速冲击接触，常常发生物料粘 滞、金属填料表面磨损和受热腐蚀。现有的含氟聚氨酯虽具有优良的疏水和疏油作用，能部 分缓解超重力反应器物料在填料表面的物料粘滞，但不能解决超重力反应器内金属填料表面 在与物料高速冲击接触下的受热腐蚀和磨损问题。金属填料表面的受热变形和冲击腐蚀造成 表面粗糙，更易导致物料粘滞，从而又反过来恶化腐蚀状况。极大地降低了超重力反应器金 属填料的使用寿命和重力反应器的传热、传质效率。

发明内容

为解决这些问题，在国家“863”课题“超重力反应器用金属填料表面疏水疏油处理技 术研发”资助下，成功研发了一种应用于超重力反应器金属填料表面的新型功能涂层材料。 即发明了一种无机纳米颗粒增强的氟化聚氨酯复合材料及其制备技术。该涂层材料既具有疏 水和疏油性能，又具有耐热、抗蚀、耐磨损等性能特点，解决了超重力反应器内金属填料的 受热腐蚀和磨损问题，有效地延长反应器使用寿命，并提高超重力反应器的传热传质效率。

本发明的目的在于提供一种无机纳米颗粒增强的氟化聚氨酯疏水疏油耐磨蚀涂层纳米复 合材料及制备方法，所得的材料既具有疏水和疏油功能，又具有在超重力或高速冲击使用条 件下耐热、抗蚀、耐磨损特性，是一种可应用于超重力反应器以及耐冲击磨损、腐蚀的机械 、石油、化工管道系统的新型功能涂层材料。

本发明从超重力反应器金属填料的物性和使用环境出发，通过科学设计，即在氟化 氨基甲酸酯(-NO-COO-)  功能基团疏水疏油功能基础上，采用通氟超声波分散技术均相复合 耐磨耐损、抗冲击性好的纳米氧化铝、纳米碳化硅颗粒，合成本发明多功能复合新型涂层材 料抓无机纳米颗粒增强的氟化聚氨酯复合材料。该发明所涉及的氟化配方、纳米颗粒均相分 散技术、多功能材料复合材料及制备方法具有科学性、创新性，迄今未见报道。

本发明所采用的技术方案：

一种氟化聚氨酯复合材料，原料包括：亲水性聚醚多元醇、脂肪族二异氰酸酯、含氟一 元醇、扩链剂、纳米氧化铝和纳米碳化硅；所述的二异氰酸酯的-NCO基与亲水性聚醚多元醇 的-OH基的摩尔比为1∶0.5-0.95；所述的二异氰酸酯与扩链剂的摩尔比为1∶0.5-1；所述的 二异氰酸酯与含氟一元醇的摩尔比为1∶0.1-0.5；纳米氧化铝、纳米碳化硅分别在喷涂固化 成膜的氟化聚氨酯复合材料的重量含量为2-5％、10-15％。

本发明的制备为：将亲水性聚醚多元醇，脂肪族二异氰酸酯、含氟一元醇两种中一种成 分混合，将所得混合液在氮气保护下放入反应釜内，在55-65℃，加入脂肪族二异氰酸酯、 含氟一元醇两种中余下成分和溶剂，95-105℃下搅拌2-4小时，加入扩链剂、催化剂以及经 通氟超声波分散的纳米氧化铝和纳米碳化硅的乙醇溶液，搅拌1-2小时，50-100℃下继续反 应0.5-1小时，得到氟化聚氨酯纳米复合材料。

所述的脂肪族二异氰酸酯的-NCO基与聚醚多元醇的-OH基的摩尔比为1∶0.5-0.95；所述 的脂肪族二异氰酸酯与扩链剂的摩尔比为1∶0.5-1；

所述的脂肪族二异氰酸酯与含氟一元醇的摩尔比为1∶0.1-0.5。

将上述材料涂覆在基体上成膜，干燥固化，得到表面具有微米/纳米的双重结构的功能 涂层。

所述的亲水性聚醚多元醇分子量为200-4000。

所述的亲水性聚醚多元醇为聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)、聚氧化乙烯一氧化丙 烯二醇。

聚乙二醇分子式：CH₂OH-(CH₂CH₂O)n-CH₂OH。