自修復涂料的進展

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上自修復材料的研究方向與研究進展一、自修復材料研究方向1.自修復涂料類型從從不同角度考慮，自修復涂料可有以下幾種類型：(1)從涂料的基本結構，可有分相結構的助劑型與連續(xù)相結構的本征型。(2)基于涂料的基本組成，在分相結構的助劑型涂料中，已經研究報道了不同配方組成：有包囊、纖維填料、有層狀膨脹型填料、納米高嶺土等類型。(3)從修復機理上看，可以有液體釋放型、化學反應型、體積膨脹型、可逆共價鍵型、可逆非共價鍵型和可逆聚合物網絡型等。(4)從功能上看，可有外觀修復功能、防腐功能修復涂料等 2.目前自修復材料的研究主要集中在以下幾個方面：(1) 陶瓷混凝土基自修復材料在混凝土中

2、摻入某些特殊的組分，如內含粘結劑的空心膠囊、空心玻璃纖維或液芯光纖，使混凝土材料在受到損傷時部分空心膠囊、空心玻璃纖維或液芯光纖破裂，粘結劑流到損傷處，使混凝土裂縫重新愈合。自修復混凝土對土木建筑結構的應力、應變、和溫度等參數(shù)進行實時、在線監(jiān)控、對損傷進行及時修復。這一技術被廣泛應用在公路、地基、橋墩等建筑物中。(2) 金屬基自修復材料金屬基復合材料由于金屬基體特有的屬性，一般都是采用能力補給的方式進行修復。比如高溫保溫的方法可以對基體內部的缺陷進行修復，嚴格地講這并不是自修復的過程，因為它需要外界因素的作用才可以進行修復。也有利用互穿網絡高分子膜絡合在金屬表面，以實現(xiàn)水蒸氣滴狀冷凝。由于位阻

3、效應，這類高分子容易鋪展成片狀。涂覆在金屬表面時，形成大分子層，從而得到附加熱阻小的超薄涂層。由于具有含孤對電子的原子，因而能夠與金屬離子或原子形成強度較高的配位鍵(如 NCu2+和 NCu 等)。大面積的配位鍵像圖釘一樣把高分子膜牢牢地釘在金屬表面上。網格狀高分子互相牽制的網狀結構，能夠使個別斷裂的配位鍵有機會重新形成，這種自修復的特性可以防止涂層剝落。其他一些研究主要集中在材料內部分散或復合一些功能性物質來實現(xiàn)。當材料受損時，這些物質發(fā)生某種變化(主要是高溫下使金屬表面形成氧化膜，通過氧化膜對裂紋發(fā)展抑制作用)，實現(xiàn)自組裝。(3) 金屬磨損自修復材料金屬磨損自修復材料是一種由羥基硅酸鎂等多

4、種礦物成分、添加劑和催化劑等構成的復雜組分超細粉體組合材料、它的常用組分的粒度為 0.110m，可以添加到各種類型的潤滑油或潤滑脂中使用。以潤滑油或脂作為載體，將修復材料的超細粉粒送入摩擦副的工作面上。它不與油品發(fā)生化學反應，不改變油的粘度和性質，也無毒副作用。這種自修復材料的保護層不僅能夠補償間隙，使零件恢復原始形狀，而且還可以優(yōu)化配合間隙。因此，有利于降低摩擦振動，減少噪聲，節(jié)約能源，實現(xiàn)對零件摩擦表面幾何形狀的修復和配合間隙的優(yōu)化。金屬磨損自修復材料不僅在汽車內燃發(fā)動機、汽車機械變速箱、汽車后橋、齒輪箱減速器、滾動軸承、壓縮機等方面有廣泛應用，而且在紡織配件、工具、刀具、壓縮機、機械零配

5、件等金屬摩擦磨損表面都有很好的修復作用，應用前景十分廣闊。(4) 聚合物基自修復材料聚合物基自修復復合材料是當前的研究熱點。運用埋植技術把裝有化學品的空心纖維或膠囊埋在聚合物基體材料中，當材料受外部作用產生裂紋時，這種空心纖維或膠囊破裂后釋放的粘結劑以修補裂紋，此種材料稱聚合物基自修復材料。也有研究者研發(fā)出一種大分子的網狀物，它的主鏈通過熱可逆的共價鍵完全連接。3.材料自修復的方法主要有：(1)利用分子間的相互作用；(2)熱可逆交聯(lián)反應法；(3)液芯纖維法；(4)微膠囊法。其中液芯纖維法和微膠囊法運用埋植技術，是迄今為止比較成功的方法。二自修復涂料的研究進展微米納米膠束型自修復涂料Brown等

6、已證實了用原位聚合法采用二聚環(huán)戊二烯為單位作為微膠束的核,用脲甲 為殼來制成微膠束, 用釘基固體催化催化劑分散在環(huán)氧的 基質中,經聚合成為DCPD網絡.從理論上講，設計耐擦傷性涂料有兩種途徑 ：一是獲得足夠的硬漆膜，使擦傷物根本就不能刺入表面而破壞；二是做得有足夠的彈性，在擦傷應力消除后反彈 ，就像在皮革上劃一樣但從漆膜應用的角度來分析卻不容易，實踐證明，將漆膜做得特別硬，漆膜的玻璃化溫度就特別高，這種漆膜可能會裂，尤其是在溫度的驟然升降的情況下，這種開裂是毀滅性的顯然不可取針對聚氨基甲酸酯的漆膜，其硬度能做到3H已是非常不容易（常溫 有價值），實驗證明，即使就是3H 的硬度也并不是確保漆膜不

7、被劃傷的足夠的硬度；將涂料制成像皮革一樣彈性的漆膜，在理論上和實踐中均能實現(xiàn)，但這樣的漆膜又沒有實用價值因此最高耐擦傷性的漆膜是硬而不脆又有盡可能高的屈服值 研究表明：雙組分聚氨酯涂料的漆膜要達到完全固化需要10d20d 的時間 ,而廣東鴻昌化工有限公司技術中心楊澤生在研究此項目時實際上就是利用這一特點將漆膜受損的情況分為硬干前和完全固化后兩個階段分別采取措施應對，在漆膜實干到硬干這個過程設法使漆膜做得有一定的塑性（彈性），使之在受到擦傷后利用一定的彈性自動恢復而在漆膜完全固化后，利用排布于漆膜表面堅硬的功能性材料保護漆膜，使劃傷斷裂的響應得到避免.楊澤生選用了一種較特殊的聚酯多元醇R1-OH

8、 作為韌性基料，從本質上講一種塑性很好的改性飽和聚酯選用含剛性基團的聚酯多元醇R2-OH 為剛性基料，這兩種基料通過合理的搭配，并在一種特殊結構的改性多元異氰酸酯的交聯(lián)作用下，形成互穿網絡結構體系，這種混合后的基料的韌性和塑性是很好的，從自干 2h后到144h，塑性特別突出，漆膜劃后不會形成斷裂的響應，有很好的恢復效果. 近十多年來，以Bayer材料科技和英國HMGPaints為代表的科學家致力于自修復汽車罩光涂料相關課題的開發(fā)，即特殊分子結構的丙烯酸聚氨酯，其關鍵在于保持較高Tg即玻璃化溫度，在6070 時仍具有一定的劃痕的“回流”特性即自修復功能的同時，仍滿足其他物理機械性能的要求。 2.

9、1防腐蝕涂料的原理和自修復能力涂料防腐蝕依靠屏蔽、金屬表面鈍化（如紅丹、鉻酸鹽及磷酸鹽等防腐顏料與金屬表面作用產生鈍化層）、富鋅涂料的犧牲陽極以及緩蝕劑等基本原理。其中大多數(shù)防銹顏料一旦涂層開裂暴露出金屬底材后具有一定的自修復功能，防止腐蝕蔓延，如顏料釋放鉻酸鹽或磷酸根促使金屬表面鈍化，從而達到臨時性的保護。以高模數(shù)硅酸鉀IC53l為代表的水性無機富鋅涂料也具有很好的自修復能力。當進行鹽霧實驗時，十字劃線板可以觀察到腐蝕僅限于劃痕的0.5 mm之內，腐蝕不會擴展。但是涂層裂痕本身不能修復，難以達到長期保護的目標，所以，嚴格意義上講還不是真正的自修復涂料。2.2防腐蝕涂層的自修復原理涂層自修復的

10、核心是成膜物在涂層裂縫時能自動流出、填充并固化后形成相對平整并有良好屏蔽性的修復涂層。因此，作為成膜物的必要條件之一是與固化或交聯(lián)劑反應前有一定的流動性，通常是液體樹脂。例如，無溶劑多異氰酸酯預聚物、液體環(huán)氧、不飽和樹脂、環(huán)氧乙烯酯等。它們儲備在微膠囊或空心纖維中，與交聯(lián)劑相分離，同時不會對防腐涂層的物理機械性能帶來不利的影響。作為交聯(lián)劑的反應物在涂層損傷之前必須與成膜物分離，并穩(wěn)定地存在于涂層之中，或來自于環(huán)境。至今為止，已試驗過的成膜物體系包括以下幾類。2.2.1.液體雙聚戍二烯催化劑之間開環(huán)聚合反應體系最早在20世紀90年代中期由美國UIUC大學Scott等開發(fā)，他們的設計理念是將液體單體封裝在微膠囊中，然后分散在含催化劑的環(huán)氧基料中。一旦涂層破損微膠囊打開，愈合劑流出并與催化劑反應成膜。相似的體系還有微膠囊的端羥基聚二甲基硅氧烷等室溫固化硅橡膠RTV分散在含有機錫催化劑的乙烯酯基料中體系,以及環(huán)氧丙烯酸乙烯酯樹脂與引發(fā)劑分別微膠囊化后分散在環(huán)氧或乙烯酯涂層中。作為微膠囊包覆材料有多種選擇，如蠟、聚氨酯、脲醛等。在醫(yī)藥行業(yè)中微膠囊化的技術和工藝已相當成熟。2.2.2.液體環(huán)氧胺固化劑體系我國西安的一組研發(fā)人員開發(fā)的雙酚A環(huán)氧與活性稀釋劑被脲醛微膠囊化，可制成100 m大小的膠囊。胺固化劑可以存在于涂層中，如過量