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嘉宝莉开发的自修复水性涂料获国家发明专利

近期,由西安交通大学、广东嘉宝莉科技材料有限公司联合申请的自修复水性涂料获国家发明专利。

涂赢天下讯:近期,由西安交通大学、广东嘉宝莉科技材料有限公司联合申请的“一种基于PU/PUF微胶囊及PCL微胶囊的自修复水性涂料及其制备方法”正式获得国家发明专利。据悉,该发明提供的自修复水性涂料自修复条件简单,合成原料便宜易得,可实现工业化生产。


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涂料是一种呈流动状态,能在物体表面扩展形成薄膜,并随时间延续与加热以及供给其他能量,能在被涂饰表面牢固黏附固化,形成具有特定性能的连续皮膜的物质。在木材加工生产中用于木制品或木质材料的表面装饰,旧称油漆,自20世纪以来,随着高分子材料的发展,各种合成树脂漆越来越多,故改称涂料。为了改善其外观,物理和机械性能,将涂料涂覆在材料表面上。阻止材料被大气中的水和氧气氧化腐蚀。据报道,2001年以来,全世界每年用于防腐蚀的费用约有3000亿美元。按一个国家每年的GDP值来算,占该国GDP值的2%~5%,这个数字使人感到十分震惊,深深感到涂料行业工作者的重担在身。


然而,涂料并不理想,在使用寿命期间易受到许多降解过程的影响。发现顶层附近的裂纹会损坏涂层并显着降低其使用寿命。在保护涂层中存在微观缺陷(微裂纹,针孔,空腔,机械刮擦和划痕)使得环境可以容易且更快速地到达金属。


涂层可能具有一些缺陷,例如凹坑,模痕和划痕等。涂层中的裂纹可能由于涂层材料的结晶而导致。涂层中的高拉伸应力状态也会导致涂层开裂;例如,铬酸盐涂层具有高拉伸应力值。类似地,由于涂布不当,错误选择涂层或暴露于意外的环境考察因素,涂层可能会发生降解。在长期的涂层使用寿命中,诸如温度、紫外线辐射和机械作用(划痕或裂纹)等因素会影响其物理和机械完整性,并产生孔隙和裂缝,使腐蚀性元素容易到达基材除了外部因素,涂层内部的残余应力也会在涂层中产生裂纹。拉伸残余应力将导致垂直微裂纹的产生和压应力产生界面微裂纹。如果涂层中存在预先存在的裂纹并且压缩应力高于其临界值,则会发生屈曲。这可能会导致剪切力的产生并最终导致涂层和基材之间的剥离。因此,可以说裂化会引起界面粘着并会影响涂层的机械一致性。


传统的修复方法,如焊接和修补等,完全无法恢复由于微裂纹和最终腐蚀造成的损害,因为很难检测和监测涂层内部的非常小的深度缺陷和损坏,尤其是它们的在这样的微观水平上愈合或修复。因此,对具有固有自愈能力的材料进行了检索并尝试了修复微裂纹的方法。在这方面,生物体中不同的自然发生的器官和器官是以这种自我修复能力递送,其中有时在分子中发生愈合,例如DNA修复和宏观水平,例如伤口和骨骼的愈合。


自修复涂料是一种有自动愈合能力的新型涂料,近十多年发展很快。在过去的15年中,自修复材料一直是一个巨大的研究领域。主要目的是设计和合成具有内置自修复能力的材料,在损坏后可以快速恢复其物理和机械完整性。材料自修的能力是宝贵的财产,因为它有效地扩大了材料的使用周期。它一方面可及时与周围环境隔离开来,防止进一步扩大受创伤的范围,特别在极端腐蚀的情况下,避免重大泄漏而造成严重环境污染的事故发生。它又能及时自动修复被划伤、擦伤或受损的表面,保持其表面高装饰性的美观与光泽,从而延长涂膜的使用寿命。从经济意义上讲也是很大的,这正是用户与供应商长期以来所追求的目标。


诱导自修复机制最常见的刺激是机械,热或光引发的自愈。对于内置自修复材料,微胶囊是最易实现工业化的方法。微胶囊是微米范围内的球形微小颗粒,所包封的液体修复剂(核心材料),封装在不同种类的聚合物壁(壳壁)内。这些胶囊可根据所需应用封装不同的材料,如固体,液体和气体。由于化学和机械稳定性,涂层相容,无孔或漏壳壁,能够感知损害的发生,并且通过释放芯材来响应损伤。因此我们选择内置微胶囊来制备自修复水性涂料。


为了解决涂料本身被划伤、擦伤或受损的表面,最大限度还原材料本身性能,延长材料本身,嘉宝莉发明的目的是提供一种基于PU/PUF微胶囊及PCL微胶囊的自修复水性涂料及其制备方法。该发明采用PU/PUF微胶囊及PCL微胶囊双微胶囊嵌入涂料的方法,在涂料内部发生裂纹以及外部擦伤、刮擦等后,在裂纹处的微胶囊会对裂纹产生响应随即发生破裂,释放修复剂于裂痕处,在室温条件下,修复剂会产生交联固化从而修复裂痕。该发明在不改变涂料本身成分的同时对材料进行自修复,且修复率达80%以上;该发明延长了材料使用寿命,极大减少了材料维护的成本。


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