一种纳米ZIF-8改性聚氨酯薄膜涂层及制备方法

本发明属于高性能复合薄膜涂层领域，具体涉及一种纳米zif-8改性聚氨酯薄膜涂层及制备方法。

背景技术：

1、聚氨酯(pu)具有优异的成膜性能、粘合性能和生物降解性能以及良好的生物相容性，其制备的薄膜材料具有很大应用前景，聚氨酯通过异氰酸酯和多羟基化合物加聚而成的一种高分子聚合物，性能介于塑料和橡胶之间。但聚氨酯中含有-nco、-oh、脲基等大量的强极性基团，其表面相对较大、弹性模量不高、力学性能较差、耐久性低。因此，通过无机填料如二氧化钛、二氧化硅、纳米黏土和纳米氧化锌等改性聚氨酯，可以改善了pu基体的机械性能、热稳定性，但仍然存在易团聚、分散性差等问题，会产生明显的色差，耐磨擦性能有待提升，因此在复合薄膜涂层中制备出分散性良好、分布均匀的纳米填料将成为了当前研究中的难点和突破点。

2、金属有机骨架材料(metal-organic frameworks，mofs)能够同时具备有机官能团易于和pu基体结合，又具备无机材料的高强度性能。因此，将zif-8材料作为薄膜的填充材料具有重大意义。然而，传统的方法改性pu薄膜涂层主要采用静电纺丝法，需要借助大型仪器设备，方法较为繁琐，另外zif-8的配位常数较大，容易生长为尺寸较大晶粒，不利于和pu基体的复合。因此探索一种简便有效的复合方法，全面提升纳米zif-8改性聚氨酯(pu)薄膜涂层的力学性能和耐腐蚀性能，具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种纳米zif-8改性聚氨酯薄膜涂层及制备方法，用以解决现有改性pu薄膜涂层在实际应用中出现的机械性能差、制备方法繁琐等问题。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种纳米zif-8改性聚氨酯薄膜涂层的制备方法，包括：

4、s1：将zn(no3)2·6h2o溶解在甲醇中获得溶液a，将l二甲基咪唑溶解在甲醇中获得溶液b；

5、s2：低温处理溶液a和溶液b，并将低温处理过的溶液a倒入溶液b中搅拌形成白色浑浊液体c；

6、s3：将白色浑浊液体c离心，收集固体产物，用甲醇和乙醇离心洗涤侯干燥得到zif-8白色粉末；

7、s4：将zif-8白色粉末超声分散在聚氨酯溶液中搅拌、静置至无气泡，制得混合液d；

8、s5：将混合液d倒板上，刮平、静置干燥，得到zif-8改性聚氨酯薄膜涂层。

9、优选地，所述s1中，9～11mmol zn(no3)2·6h2o溶解在90～110ml甲醇中获得溶液a。

10、优选地，所述s1中，70～90mmol二甲基咪唑溶解在90～110ml甲醇中获得溶液b。

11、优选地，所述s2中低温处理溶液a和溶液b为将溶液a和溶液b分别在4℃冰箱中放置2小时，至溶液温度恒定。

12、优选地，所述s2中，低温处理过的溶液a倒入溶液b中，冷水浴4℃持续搅拌20分钟～50分钟形成白色浑浊液体c。

13、优选地，所述s3中，甲醇和乙醇8000rpm离心洗涤6次，然后在65℃真空干燥10小时。

14、优选地，所述s4中，聚氨酯溶液浓度为12％。

15、优选地，所述s4中，在60℃水浴条件下搅拌20～30分钟，随后在室温下静置8～12小时用来去除气泡，制得混合液d。

16、优选地，所述s5中，将混合液d倒在玻璃板上，用四面涂膜器刮平，室温静置干燥24小时，得到zif-8改性聚氨酯薄膜涂层。

17、一种纳米zif-8改性聚氨酯薄膜涂层，采用上述任意一项所述的制备方法制得。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、1)避免了使用静电纺丝等大型仪器设备，方法简单易行能耗低。

20、2)利用zif-8表现出的无机物的机械性能提升复合涂层的机械性能，如图3所示。

21、3)借助mof中的有机官能团增强与pu涂层的交联作用，提升mof在pu薄膜涂层中的结合，阻断了pu的长程有序结构，增大了阻抗和耐腐蚀性能，如图4所示。

22、4)利用低温环境限制zif-8颗粒生长，提升zif-8在pu中的分散程度，如图2所示。

技术特征：

1.一种纳米zif-8改性聚氨酯薄膜涂层的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种纳米zif-8改性聚氨酯薄膜涂层的制备方法，其特征在于，所述s1中，9～11mmol zn(no3)2·6h2o溶解在90～110ml甲醇中获得溶液a。

3.根据权利要求1所述的一种纳米zif-8改性聚氨酯薄膜涂层的制备方法，其特征在于，所述s1中，70～90mmol二甲基咪唑溶解在90～110ml甲醇中获得溶液b。

4.根据权利要求1所述的一种纳米zif-8改性聚氨酯薄膜涂层的制备方法，其特征在于，所述s2中低温处理溶液a和溶液b为将溶液a和溶液b分别在4℃冰箱中放置2小时，至溶液温度恒定。

5.根据权利要求1所述的一种纳米zif-8改性聚氨酯薄膜涂层的制备方法，其特征在于，所述s2中，低温处理过的溶液a倒入溶液b中，冷水浴4℃持续搅拌20分钟～50分钟形成白色浑浊液体c。

6.根据权利要求1所述的一种纳米zif-8改性聚氨酯薄膜涂层的制备方法，其特征在于，所述s3中，甲醇和乙醇8000rpm离心洗涤6次，然后在65℃真空干燥10小时。

7.根据权利要求1所述的一种纳米zif-8改性聚氨酯薄膜涂层的制备方法，其特征在于，所述s4中，聚氨酯溶液浓度为12％。

8.根据权利要求1所述的一种纳米zif-8改性聚氨酯薄膜涂层的制备方法，其特征在于，所述s4中，在60℃水浴条件下搅拌20～30分钟，随后在室温下静置8～12小时用来去除气泡，制得混合液d。

9.根据权利要求1所述的一种纳米zif-8改性聚氨酯薄膜涂层的制备方法，其特征在于，所述s5中，将混合液d倒在玻璃板上，用四面涂膜器刮平，室温静置干燥24小时，得到zif-8改性聚氨酯薄膜涂层。

10.一种纳米zif-8改性聚氨酯薄膜涂层，其特征在于，采用权利要求1～9任意一项所述的制备方法制得。

技术总结
本发明公开了一种纳米ZIF‑8改性聚氨酯薄膜涂层及制备方法，属于高性能复合薄膜涂层领域。在本发明的制备方法中，利用低温环境限制ZIF‑8颗粒生长，提升ZIF‑8在PU中的分散程度，利用MOF表现出的无机物的机械性能提升复合涂层的机械性能，借助MOF中的有机官能团增强与PU涂层的交联作用，提升MOF在PU薄膜涂层中的结合，阻断了PU的长程有序结构，增大了薄膜涂层的阻抗和耐腐蚀性能，该方法避免了使用静电纺丝等大型仪器设备，方法简单易行能耗低。解决了现有改性PU薄膜涂层在实际应用中出现的机械性能差、制备方法繁琐等问题。

技术研发人员：庞凌燕,任伟,谷建君,杨鑫,王艺媚,刘辉
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/17