一种具有微纳米结构的疏水性透声涂层的制备方法

本发明涉及一种疏水性涂层的制备方法。

背景技术：

1、海洋防污涂层的研究一直是海洋工程领域的重要课题，海洋环境中存在着各种各样的生物和非生物因素，这些因素会对声学设备和材料产生不利影响。其中一个主要问题就是海洋声学设备和结构容易受到污染的影响，这可能导致声学性能下降甚至失效。因此，开发防污海洋声学材料是保证声学设备稳定工作的重要一环。然而，传统的防污涂层性能与透声性能方面存在一定制约性。传统的防污疏水涂层通常采用有机硅或含氟材料制备，这些材料在虽然防污方面具有较好的效果，但却不是理想的防水透声材料。目前透声材料多采用聚氨酯作为一种透声材料，聚氨酯具有与海水阻抗相近的特性，这种声阻抗匹配性使得聚氨酯成为一种理想的透声材料选择，能够有效地传输声能并减少能量损失，使其在海洋工程中具有重要的应用潜力。因此，在海洋工程中，聚氨酯材料广泛应用于声纳反射板、声纳窗口、声纳阵列等关键部件的制造。随着海洋工程领域对透声材料的需求日益增长，透声材料容易受到海洋环境中的污染物和腐蚀性介质的侵蚀，导致性能下降和寿命缩短，为了应对海洋环境中的污染问题，例如藻类、海草、腐蚀性物质等，它们可能会附着在海洋工程设施的表面，影响透声材料的性能。研究人员开始关注透声材料的防污性能。具有防污性的材料能够减少水分和污染物在表面的附着，保持材料的清洁度和性能稳定性。目前理想的聚氨酯型透声材料不能兼具透声防污性能，现有的透声涂层在防污性能方面主要通过添加抗生物附着剂或利用杀菌剂等方法，但是防污剂大多是有毒性的，国际已禁止在船舶的防污涂料中使用有害的化合物。为了解决这些问题，研究人员开始探索新的防污型透声材料和制备方法。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种具有微纳米结构的疏水性透声涂层的制备方法。

2、一种具有微纳米结构的疏水性透声涂层的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

3、一、将端羟基聚丁二烯、催化剂和异氰酸酯混合均匀，在60℃～80℃下反应一段时间，得到聚氨酯预聚体；

4、二、向聚氨酯预聚体中加入双酚a型环氧树脂，在一定温度下继续搅拌反应3h～6h，得到聚氨酯/环氧树脂体系；

5、三、将聚氨酯/环氧树脂体系和胺类固化剂溶解到极性溶剂中，搅拌均匀，使用筛网过滤，然后刷涂、喷涂或旋涂到玻璃板上，再于烘箱烘干，固化，得到具有微纳米结构的疏水性透声涂层。

6、本发明的原理：

7、本发明所提供的聚氨酯环氧树脂复合材料(具有微纳米结构的疏水性透声涂层)具有独特的优势；聚氨酯和环氧树脂的复合使得材料的物理性能得到了显著提升；聚氨酯具有可调控的柔韧性，而环氧树脂具有出色的黏结性和力学性能；通过合理调控聚氨酯和环氧树脂的配比，控制软硬段配比形成极性键与非极性键的有序迁移，可以实现在材料表面形成微纳米凸起结构，涂层兼具了优异的疏水性和良好的透声性能；涂层表面微结构类似与生物表皮仿生微结构，使涂层具有疏水性，同时微结构增加了材料与声波的接触面积，提高声波的吸收和散射效果，从而提高透声性能，使得制备的涂层兼具了防污性能与透声性能。有望在海洋防污透声领域中发挥重要作用。

8、本发明优点：

9、一、本发明是通过混合htpb型聚氨酯和环氧树脂共混交联固化，控制其软硬段配比实现极性键与非极性键的有序迁移，形成微纳米结构涂层，涂层具有优异的防污性能和透声性能；

10、二、本发明制备的具有微纳米结构的疏水性透声涂层具有优异的疏水性和良好的透声性能，该涂层可有效减少海洋生物附着，同时提供优异的透声传导特性，适用于船舶、海洋设备等领域；该涂层在静态水接触角方面达到102°，透声性能良好；

11、三、本发明制备的具有微纳米结构的疏水性透声涂层具有疏水性的微纳米结构涂层，兼具了优异的疏水防污性能和良好的透声性能，克服了传统材料的局限性，这种新型涂层具有较好的耐久性，能够经受常见外界因素的影响而保持稳定的疏水性能，htpb型聚氨酯(端羟基聚丁二烯)和环氧树脂(双酚a型环氧树脂)是相对环境友好的材料，无挥发性有机物排放，不含对人体健康有害的物质，防污透声领域具有广泛的应用前景；

12、四、本发明制备的具有微纳米结构的疏水性透声涂层具有显著的疏水性能，可有效抵御水和污染物的侵蚀，保护基材表面；微纳米级别的结构使涂层具有良好的自清洁性能，减少了清洁和维护的频率和成本；

13、五、本发明的制备工艺简单、稳定性高，适用于大面积涂覆和复杂形状的基材；

14、六、本发明制备的具有微纳米结构的疏水性透声涂层在海洋透声防污、航空航天、建筑材料等领域中具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种具有微纳米结构的疏水性透声涂层的制备方法，其特征在于所述制备方法具体是按以下步骤完成的：

2.根据权利要求1所述的一种具有微纳米结构的疏水性透声涂层的制备方法，其特征在于步骤一中所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡；步骤一中所述的异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或二环己基甲烷二异氰酸酯。

3.根据权利要求1所述的一种具有微纳米结构的疏水性透声涂层的制备方法，其特征在于步骤一中所述的异氰酸酯中-nco与端羟基聚丁二烯中-oh的摩尔比为1.4。

4.根据权利要求1所述的一种具有微纳米结构的疏水性透声涂层的制备方法，其特征在于步骤一中所述的催化剂的质量占端羟基聚丁二烯、催化剂和异氰酸酯总质量的0.01％～0.015％；步骤一中所述的反应的时间为4h～6h。

5.根据权利要求1所述的一种具有微纳米结构的疏水性透声涂层的制备方法，其特征在于步骤二中所述的双酚a型环氧树脂为e44、e51或e54。

6.根据权利要求1所述的一种具有微纳米结构的疏水性透声涂层的制备方法，其特征在于步骤二中所述的反应的温度为80℃～100℃；步骤二中所述的双酚a型环氧树脂与聚氨酯预聚体的质量比为(10～40):(60～90)。

7.根据权利要求1所述的一种具有微纳米结构的疏水性透声涂层的制备方法，其特征在于步骤三中所述的胺类固化剂为moca固化剂或detda固化剂；步骤三中所述的极性溶剂为酮类溶剂、酯类溶剂、醚类溶剂或硫醇类溶剂。

8.根据权利要求7所述的一种具有微纳米结构的疏水性透声涂层的制备方法，其特征在于所述的酮类溶剂为丙酮或丁酮；所述的酯类溶剂为甲酸甲酯、碳酸二甲酯、乙酸乙酯、乙酸叔丁酯和乙酸仲丁酯中的一种或多种的混合液；所述的醚类溶剂为乙醚、异丙醚、正丁醚和二苯醚中的一种或多种的混合液；所述的硫醇类溶剂为甲硫醇、乙硫醇和乙二硫醇中的一种或多种的混合液。

9.根据权利要求1所述的一种具有微纳米结构的疏水性透声涂层的制备方法，其特征在于步骤三中所述的聚氨酯/环氧树脂体系与胺类固化剂的质量比为(20～100):(6～32)；步骤三中所述的聚氨酯/环氧树脂体系的质量与极性溶剂的体积比为(20g～100g):(2ml～40ml)。

10.根据权利要求1所述的一种具有微纳米结构的疏水性透声涂层的制备方法，其特征在于步骤三中所述的筛网为160目～250目；步骤三中所述的烘干的温度为50℃～70℃，烘干的时间为2h～4h；步骤三中所述的固化的温度为80℃～100℃，固化的时间为20h～24h。

技术总结
一种具有微纳米结构的疏水性透声涂层的制备方法，它涉及一种疏水性涂层的制备方法。方法：一、制备聚氨酯预聚体；二、制备聚氨酯/环氧树脂体系；三、将聚氨酯/环氧树脂体系和胺类固化剂溶解到极性溶剂中，搅拌均匀，使用筛网过滤，然后刷涂、喷涂或旋涂到玻璃板上，再于烘箱烘干，固化，得到具有微纳米结构的疏水性透声涂层。本发明是通过混合HTPB型聚氨酯和环氧树脂共混交联固化，控制其软硬段配比实现极性键与非极性键的有序迁移，形成微纳米结构涂层，涂层具有优异的防污性能和透声性能；本发明制备的具有微纳米结构的疏水性透声涂层在海洋透声防污、航空航天、建筑材料等领域中具有广泛的应用前景。

技术研发人员：刘晓东,李天智,崔向红,陈明月,王阳
受保护的技术使用者：黑龙江省科学院高技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/10/14