生物基聚氨酯抗涂鸦自清洁涂料的制备及性能

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.02.003

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (2): 15-21.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.02.003

生物基聚氨酯抗涂鸦自清洁涂料的制备及性能

韦代东¹^,²(), 李惠枝¹^,², 曾娟娟¹^,², 赵传国³, 李士强¹^,²()

^1.中科院广州化灌工程有限公司，广州 510650
^2.广东省化学灌浆工程技术研究开发中心，广州 510650
^3.青岛市疾病预防控制中心，青岛 266033

收稿日期:2022-11-04 出版日期:2023-02-26 发布日期:2023-02-22
通讯作者: 李士强（1983—），男，硕士研究生，从事高分子复合材料及应用研究，18553292108@163.com
E-mail:weidaidong15@mails.ucas.ac.cn;18553292108@163.com
作者简介:韦代东（1989—），男，硕士研究生，从事功能性高分子材料合成与应用，weidaidong15@mails.ucas.ac.cn

Preparation and performance of biobased polyurethane anti⁃graffiti and self⁃cleaning coating

WEI Daidong¹^,²(), LI Huizhi¹^,², ZENG Juanjuan¹^,², ZHAO Chuanguo³, LI Shiqiang¹^,²()

^1.Guangzhou Chemical Grouting Engineering Co，Ltd，CAS，Guangzhou 510650，China
^2.Guangdong Research and Development Center of Chemical Grouting Engineering Technology，Guangzhou 510650，China
^3.Qingdao Municipal Center for Disease Control & Prevention，Qingdao 266033，China

Received:2022-11-04 Online:2023-02-26 Published:2023-02-22
Contact: LI Shiqiang E-mail:weidaidong15@mails.ucas.ac.cn;18553292108@163.com

摘要/Abstract

摘要：

以环氧大豆油和2，2⁃双（羟甲基）丙酸为原料，在无溶剂条件下通过开环法合成了1种高羟值生物基多元醇（ESOD）。以ESOD为羟基组分，六亚甲基二异氰酸酯三聚体为固化剂，单羟基封端聚二甲基硅氧烷（PDMS⁃OH）为低表面能润滑剂，制备了1种透明光滑的生物基聚氨酯抗涂鸦自清洁涂料。结果表明，只需添加1 %（质量分数，下同） PDMS⁃OH，涂层即具有良好的抗涂鸦和自清洁性能。水、咖啡、白米醋、正十六烷、花生油液滴可在倾斜的涂层表面滑落而不留下痕迹。石墨粉、黏土粉和橙色颜料粉在倾斜的涂层表面能够被水滴轻松带走。油性记号笔在涂层表面划过时，墨水自动收缩成细小的液滴，且可用纸巾轻松擦除而不在涂层表面留下任何痕迹。涂层具有良好的耐磨性，记号笔在涂层表面涂写和擦除1 200次循环后，涂层仍具有优异的墨水收缩能力。

关键词: 聚氨酯涂料, 抗涂鸦, 自清洁, 生物基多元醇, 环氧大豆油

Abstract:

In this work， a vegetable oil⁃based （ESOD） polyol with a high hydroxyl value was obtained through a ring⁃opening reaction between epoxidized soybean oil and 2，2⁃bis（hydroxymethyl）propionic acid using a solvent⁃free method. To fabricate an anti⁃graffiti and self⁃cleaning coating， the ESOD polyol， mono⁃hydroxy⁃terminated polydimethylsiloxane （PDMS⁃OH）， and hexamethylene diisocyanate trimer were employed as a polyol component， a low surface energy component， and a curing agent， respectively. The as⁃prepared biobased coatings look very smooth and transparent. With incorporating only 1 % of PDMS⁃OH， the resulting coatings exhibited outstanding anti⁃graffiti and self⁃cleaning performance. The droplets of water， coffee， rice vinegar， hexadecane， or peanut oil could slide off from the surface of the coa⁃tings without leaving any wetting footprints. Graphite powders， clay powders， and orange pigment powders could be efficiently removed by dripping water. Impressively， the coatings presented good wear resistance. Even after subjected to 1，200 cycles of writing and erasing with an oil⁃based marker pen， the coatings still exhibited a good ink shrinkage ability due to easy easing of ink traces.

Key words: polyurethane coating, anti?graffiti, self?cleaning, biobased polyol, epoxidized soybean oil

中图分类号:

TQ323.8

韦代东, 李惠枝, 曾娟娟, 赵传国, 李士强. 生物基聚氨酯抗涂鸦自清洁涂料的制备及性能[J]. 中国塑料, 2023, 37(2): 15-21.

WEI Daidong, LI Huizhi, ZENG Juanjuan, ZHAO Chuanguo, LI Shiqiang. Preparation and performance of biobased polyurethane anti⁃graffiti and self⁃cleaning coating[J]. China Plastics, 2023, 37(2): 15-21.

图/表 8

图1 生物基多元醇合成及涂料制备机理

Fig.1 Synthesis of biobased polyol and preparation mechanism of the coating

反应时间/h	0	2	4	6	8
环氧值/%	6.391	1.117	0.130	0.066	0.058

表1 反应产物环氧值随反应时间的变化

Tab.1 Epoxy value of reaction product versus reaction time

图2 反应产物的结构解析

Fig.2 Structural analysis of the reaction products

样品	物料/g						铅笔硬度/H	附着力/等级
样品	ESOD	HDIT	PDMS⁃OH	DMF	MIBK	DBTDL	铅笔硬度/H	附着力/等级
ERD⁃0	5.0	10.08	0	9.0	9.0	0.02	3	5B
ERD⁃1	5.0	10.08	0.15	9.0	9.0	0.02	3	5B
ERD⁃2	5.0	10.08	0.30	9.0	9.0	0.02	3	5B
ERD⁃3	5.0	10.08	0.45	9.0	9.0	0.02	3	5B

表2 涂料的物料配方及性能

Tab.2 Formulation and properties of the coatings

图3 PDMS⁃OH添加量对涂层性能的影响

Fig.3 Effect of PDMS⁃OH addition on coating performance

图4 EPU⁃1涂层表面的XPS谱图及其表面元素的映射照片

Fig.4 XPS spectrum and elemental mapping images of EPU⁃1 coating surface

图5 EPU⁃1涂层的自清洁性能（倾斜角30°）

Fig.5 Self⁃cleaning performance of EPU⁃1 coatings （The inclination angles were 30°）

图6 涂层的抗涂鸦性能

Fig.6 Anti⁃graffiti performance of the coatings

参考文献 15

1	LUO H， WEI H， WANG L， et al. Anti⁃smudge and self⁃cleaning characteristics of waterborne polyurethane coating and its construction［J］. Journal of Colloid and Interface Science， 2022，628：1 070⁃1 081.
2	DONG W， LI B， WEI J， et al. Environmentally friendly， durable and transparent anti⁃fouling coatings applicable onto various substrates［J］. Journal of Colloid and Interface Science， 2021，591： 429⁃439.
3	HUANG S， LIU G， HU H， et al. Water⁃based anti⁃smudge NP⁃GLIDE polyurethane coatings［J］. Chemical Engineering Journal，2018，351： 210⁃220.
4	肖智文，黄静，余杰，等.基于环氧树脂和纳米SiO₂/TiO₂的超疏水自清洁涂层的制备［J］.化工新型材料，2021，49（4）：272⁃274，279.
	XIAO Z W， HUANG J， YU J， et al. Fabrication of self⁃cleaning superhydrophobic coating based on EP and SiO₂/TiO₂nanocomposite［J］. New Chemical Materials，2021，49（4）：272⁃274，279.
5	徐亚洲，何瑾馨，朱卫彪，等.基于含氟改性笼状倍半硅氧烷一步法制备透明超疏水涂层［J］.表面技术，2022，51（10）：336⁃343.
	XU Y Z， HE J X， ZHU W H， et al. Transparent superhydrophobic coating prepared by one⁃step method based on fluo⁃rinated cage⁃like sesimiloxane［J］. Surface Technology，2022，51（10）：336⁃343.
6	雷然，王嘉柔，赵颂，等.超疏水、自清洁氟化石墨改性不锈钢网的油水分离研究［J］.化工学报，2021，72（2）：1 191⁃1 201.
	LEI R， WANG J R， ZHAO S， et al. Study on oil⁃water separation of superhydrophobic and self⁃cleaning fluorinated graphite modified stainless steel mesh［J］. CIESC Journal，2021，72（2）：1 191⁃1 201.
7	CHEN X， CHEN Y， JIN T， et al. Fabrication of superhydrophobic coating from non⁃fluorine siloxanes via a one⁃pot sol⁃gel method［J］. Journal of Materials Science，2018，53（16）：11 253⁃11 264.
8	LIANG Y， ZHANG D， ZHOU M， et al. Bio⁃based omniphobic polyurethane coating providing anti⁃smudge and anti⁃corrosion protection［J］. Progress in Organic Coatings，2020，148，105844.
9	LEI L， BUDDINGH J， WANG J， et al. Transparent omniphobic polyurethane coatings containing partially acetyla⁃ted β⁃cyclodextrin as the polyol［J］. Chemical Engineering Journal， 2020，380，122554.
10	ZHONG X， LV L， HU H， et al. Bio⁃based coatings with liquid repellency for various applications［J］. Chemical Engineering Journal， 2020， 382：123042.
11	李治韬，程原，赵本波，等.功能性聚氨酯在防腐涂料中研究进展［J］.高分子通报，2019，6：10⁃17.
	LI Z T， CHENG Y， ZHAO B B， et al. Research progress of polyurethane anticorrosion coatings［J］. Polymer Bulletin，2019，6：10⁃17.
12	于浩，徐新宇，杨富凯.大豆油多元醇的改性及其在聚氨酯泡沫塑料中的应用研究进展［J］.合成树脂及塑料，2020，37（3）：81⁃86.
	YU H， XU X Y， YANG F K， et al. Modification of soybean oil⁃based polyols and itsapplication in polyurethane foam plastics［J］. China Synthetic Resin and Plastics，2020，37（3）：81⁃86.
13	李建，徐娇娇，郭辉.植物油基醇酸树脂的制备及其性能研究［J］.热固性树脂，2018，33（1）：26⁃29.
	LI J， XU J J， GUO H， et al. Study on the preparation and properties of vegetable oil based alkyd resin［J］. Thermosetting Resin，2018，33（1）：26⁃29.
14	牛永锋.生物基聚氨酯涂料的研究进展［J］.上海涂料，2021，59（2）：36⁃41.
	ZHU Y F， Research progress of bio⁃based polyurethane coatings［J］. Shanghai Coatings，2021，59（2）：36⁃41.
15	Owens D K， Wendt R C. Estimation of the surface free energy of polymers［J］. Journal of Applied Polymer Science， 1969， 13（8）： 1 741⁃1 747.

[1]	张梦欣, 刘让同, 李亮, 李淑静, 刘淑萍. 聚氨酯掺杂铜粉涂层的电磁特征及其涂层织物的吸波性能[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 46-52.
[2]	单喜良, 马玉录, 谢林生, 朱惠豪, 丁大有. 基于离散元方法的差动自清洁混合器混合特性研究[J]. 中国塑料, 2020, 34(4): 54-59.
[3]	程宗盛李彦涛朱琳杨丽庭. 全水发泡大豆油基聚氨酯软泡的合成研究 [J]. 中国塑料, 2013, 27(04): 47-51.
[4]	胡剑峰, 司徒粤, 徐丽, 陈焕钦. 环氧大豆油增韧酚醛树脂/蒙脱土复合材料力学性能研究 [J]. 中国塑料, 2008, 22(12): 38-43 .

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