[发明专利]自修复水性聚氨酯涂料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种自修复水性聚氨酯涂料，按重量百分比计，包括60‑80%的聚氨酯涂料基液，20‑40%的自修复复合纳米纤维，其特征在于：自修复复合纳米纤维，具有三层结构，由内到外依次为内层芯材，中间屏障层，外层丙烯酸酯单体。本发明中的自修复复合纳米纤维，使用了式（1）H_4‑aSi(CH₂‑(O‑R²)_n‑R¹‑CH₂‑NH₂)_a所示的硅烷作为芯材。一方面，该硅烷具有交联性质，可以与外层的丙烯酸酯单体反应、交联固化，另一方面，所得到的交联网络在高温下可以能够发生可逆反应，重新得到行星状的硅烷分子，降温后重新交联固化，从而实现涂料层的再次自修复。

技术领域

本发明属于水性涂料领域，具体涉及自修复水性聚氨酯涂料及其制备方法。

背景技术

目前，最受关注的水性涂料主要有丙烯酸基水性涂料、聚氨酯基水性涂料这两大类。其中，聚氨酯基水性涂料具有更为优异的抗拉强度、硬度、粘接性等性能，在使用寿命、色彩相溶性等方面也比丙烯酸基水性涂料更具有优势。

然而，涂料在使用过程中，由于自身原因或者外部作用力的破坏，不可避免地会出现裂痕、开口等不利损坏，使得涂料原有的防污、疏水、防水、防腐等作用大大折扣，降低涂料的使用寿命。最初，人们通常是采用重新涂覆水性涂料的方法来解决这一问题。但是，重新涂覆水性涂料必然会造成成本的增加，同时也对涂覆了涂料的工件或物品的现有使用造成一定的影响，终究是不理想的。

随后，人们尝试了在水性涂料中添加自修复胶囊试剂，让涂料获得一定的原位自修复功能，从而可以延长涂料的使用寿命。但是，自修复胶囊试剂通常仅具有单次的修复功能，且胶囊的制备往往比较复杂，还存在一定的环境污染问题。

因此，本发明旨在提供一种制备工艺简单，可以持久修复的水性涂料用自修复复合纳米纤维。

发明内容

为了解决现有的自修复水性涂料中所存在的上述不足，本发明提供了一种具有持久修复功能的自修复水性聚氨酯涂料。

本发明的自修复水性聚氨酯涂料，按重量百分比计，包括60-80%的聚氨酯涂料基液，20-40%的自修复复合纳米纤维，其特征在于：自修复复合纳米纤维具有三层结构，由内到外依次为内层芯材，中间屏障层，外层丙烯酸酯单体，其中，内层芯材为式（1）所示的硅烷，中间屏障层为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯腈中的一种。由于在水性聚氨酯涂料中添加了本发明所研发的自修复复合纳米纤维，可以实现水性聚氨酯涂料的持久自修复。

H_4-aSi(CH₂-(O-R²)_n-R¹-CH₂-NH₂) _a， （1）

其中，a为2~4的整数，n是3-15的整数，R²是C₂-C₄的亚烷基，R¹选自咪唑、呋喃、吡啶、噻吩、哌啶、哌嗪中的一种。

本发明的水性聚氨酯涂料的自修复原理为，当涂料层中的某一局部区域首次出现了微裂痕时，复合纤维中的中间屏障层会被局部的微应力破坏而撕裂，使得内层芯材与外层丙烯酸酯单体接触、反应，并交联固化，从而实现对涂料层中所出现的局部微裂痕的自修复。当该区域再次出现微裂痕时，可以通过对该区域进行局部加热，再次固化的方式，实现涂料膜层的再次自修复。