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基于微胶囊技术的外援型自修复涂层的研究进展

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涂料工业 2024年第9期54卷 64-70页

作者：胡静吉翠萍卫国英中国计量大学材料与化学学院杭州310018

自修复涂层是提高材料及涂层服役寿命的重要手段,开发基于微胶囊技术的外援型自修复涂层,具有重要的研究意义与经济意义。基于近年来微胶囊技术及其在外援型自修复涂层中取得的进展,对微胶囊的类型、制备方法进行总结,特别介绍了微流控... 详细信息

自修复涂层是提高材料及涂层服役寿命的重要手段,开发基于微胶囊技术的外援型自修复涂层,具有重要的研究意义与经济意义。基于近年来微胶囊技术及其在外援型自修复涂层中取得的进展,对微胶囊的类型、制备方法进行总结,特别介绍了微流控技术。综述了自修复涂层常用的树脂,阐述了涂层的自修复模式,尤其是近年来快速发展的双修复模式。最后介绍了微胶囊型自修复涂层的应用进展。微胶囊技术及自修复涂层应用广泛,发展持续且稳定,但仍存在着应用和理论性的问题。微胶囊的调控、功能剂的稳定贮存及可控释放将是未来的研究重点。而微流控技术的精确可控及高效特性,将为微胶囊及自修复涂层带来新的发展机遇。

关键词：自修复涂层微胶囊外援型自修复微胶囊技术自修复性能

羟基化杜仲胶的制备及其改性UV 固化聚氨酯自修复涂层的研究

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涂料工业 2024年第9期54卷 30-37页

作者：陈博袁天赐熊文涛张小平余喜红徐祗正刘娅莉湖南大学化学化工学院长沙410000 湖南松井先进表面处理与功能涂层研究院有限公司长沙410600

为了解决杜仲胶结晶性导致的溶解性差的问题,以便其直接用于改性涂料、黏合剂,基于巯基-烯点击化学反应,采用巯基乙醇与杜仲胶在365 nm紫外光照射条件下合成了羟基化杜仲胶(HEUG),以破坏其结晶性,增强溶解性能。同时,研究了杜仲胶羟基... 详细信息

为了解决杜仲胶结晶性导致的溶解性差的问题,以便其直接用于改性涂料、黏合剂,基于巯基-烯点击化学反应,采用巯基乙醇与杜仲胶在365 nm紫外光照射条件下合成了羟基化杜仲胶(HEUG),以破坏其结晶性,增强溶解性能。同时,研究了杜仲胶羟基化改性中水、N,N-二甲基甲酰胺、氯仿为溶剂、碳碳双键与巯基的物质的量比与反应时间等对羟基化程度的影响。研究了羟基化杜仲胶对自修复聚氨酯(DSPU)涂层的力学性能、柔韧性、耐溶剂性、附着力以及自修复性能的影响。研究表明,改性后的杜仲胶在常见溶剂中具有优良的溶解性能,且羟基化改性时溶剂为氯仿、反应时间为6 h、巯基与碳碳双键物质的量比为3∶1时,羟基化程度最高,为156 mgKOH/g。将HEUG与自制的自修复聚氨酯树脂复合时,HEUG用量为5%是最优添加量,此时涂层的力学性能强、断裂伸长率高、自修复快、透明度高、涂层的基本性能良好。

关键词：羟基化杜仲胶聚氨酯自修复涂层 UV固化

Pickering乳液法制备石墨烯杂化微胶囊及其自修复涂层性能研究

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Pickering乳液法制备石墨烯杂化微胶囊及其自修复涂层性能研究

作者：颜振长春工业大学

学位级别：硕士

金属材料在使用过程中易受外界环境影响而产生锈蚀。针对此问题,目前已提出多种金属防腐措施,如合金材料、电化学保护以及有机涂层等。在这些防腐措施中,有机涂层具有使用简单、适用范围广和易于调控等一系列优点,被广泛使用。然而,有... 详细信息

金属材料在使用过程中易受外界环境影响而产生锈蚀。针对此问题,目前已提出多种金属防腐措施,如合金材料、电化学保护以及有机涂层等。在这些防腐措施中,有机涂层具有使用简单、适用范围广和易于调控等一系列优点,被广泛使用。然而,有机涂层会随着时间的推移、环境侵蚀和外部应力等因素而产生微裂纹。微裂纹的出现影响了涂层的阻隔性能,缩短了涂层的防护周期。为此,以生物体损伤-自愈合为机制的自修复涂层引起了广泛关注,其中微胶囊型自修复涂层具有制备工艺成熟、可设计强等特点,在工业化生产方面展现了巨大的潜力。然而,传统聚合物基微胶囊的加入会显著降低涂层的机械性能,且制备周期长,反应过程中需要加入大量有机溶剂,严重污染环境,限制了微胶囊型自修复涂层的广泛应用。因此,本论文通过Pickering乳液模板法进行微胶囊制备,采用氧化石墨烯(GO)作为固体乳化剂,通过化学交联法和化学拼接法对界面的GO进行固定,制备了两种杂化壳微胶囊。通过构建自修复-缓蚀剂协同防腐体系进一步提高了涂层的耐腐蚀能力,系统研究了协同防腐机理。制备的胶囊具有囊壁坚固、粒径尺寸小、负载率高等优点,且制备过程简单高效,对环境友好。该微胶囊的引入不但赋予了材料自修复和耐腐蚀性能,而且对材料机械性能影响较小,为此类复合材料广泛应用于各个领域奠定了坚实的理论基础。主要研究内容如下:(1)构建了异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和聚苯胺(PANI)协同防腐体系。通过Pickering乳液法和界面聚合法相结合,成功制备了IPDI@GO/PU/PANI杂化壳微胶囊。平均粒径为3.11μm,负载率为78.19%。将制备的微胶囊通过物理共混的方法均匀分散到UV树脂基材中,制备了具有耐腐蚀能力的自修复涂层。当添加了5 wt%的微胶囊时,自修复材料的拉伸强度为84.82 MPa(强度为基材强度的97.25%),弯曲强度为193.41 MPa(强度为基材强度的94.61%)。当涂层受到损伤后,室温放置72 h即可实现自我修复。IPDI的自修复与PANI的缓蚀相协同,复合涂层表现出了耐腐蚀能力,盐溶液浸泡实验到18天才出现明显的腐蚀扩散;复合涂层相较于空白涂层的阻抗下降更慢,浸泡350 h后,涂层阻抗仍高于100 MΩ;受损涂层在5 wt%的Na Cl溶液中浸泡150 h后的交流阻抗是浸泡1小时后的24.15%。(2)构建了IPDI和苯丙三氮唑(BTA)协同防腐体系。基于水包油(O/W)Pickering乳液,通过GO与BTA发生化学拼接制备IPDI@GO/BTA杂化壳微胶囊。微胶囊的平均粒径为3.36μm,负载率为86.51%。BTA与GO的化学拼接显著提高了壳层的稳定性。将制备微胶囊分散到UV树脂基材中,制备了具有耐腐蚀能力的自修复涂层。当微胶囊添加量为5 wt%时,材料的拉伸强度提高6.71%,弯曲强度提高3.44%,二次拉伸强度相比于首次拉伸强度提升8.61%。所制备的涂层具有自修复性能,复合涂层的修复阻抗模量与未损坏的纯涂层的修复阻抗模量处于同一数量级。BTA的耐腐蚀与IPDI自修复的协同作用增强了涂层的耐腐蚀性能,受损涂层在浸泡150 h后,阻抗模量仍高于100 MΩ,涂层表现出良好的耐腐蚀性能。

关键词：微胶囊自修复涂层 GO 异氰酸酯聚苯胺协同作用

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自修复涂层材料研究进展

高分子材料科学与工程 2016年第10期32卷 177-182页

作者：李海燕崔业翔王晴李爽汪怀远王宝辉东北石油大学化学化工学院石油与天然气化工省重点实验室黑龙江大庆163318

综述了自修复涂层材料研究进展。重点介绍了几种外援型自修复涂层包括微/纳米胶囊填充型自修复涂层、微/纳米容器填充型自修复涂层以及形状记忆纤维丝/聚合物自修复涂层;同时介绍了几种本征型自修复涂层,包括紫外光引发自修复涂层、热... 详细信息

综述了自修复涂层材料研究进展。重点介绍了几种外援型自修复涂层包括微/纳米胶囊填充型自修复涂层、微/纳米容器填充型自修复涂层以及形状记忆纤维丝/聚合物自修复涂层;同时介绍了几种本征型自修复涂层,包括紫外光引发自修复涂层、热可逆交联自修复涂层以及层层组装自修复聚合物膜涂层。对其自修复机理、涂层的制备、性能及研究进展进行了阐述;最后对自修复涂层的前景进行了展望。

关键词：自修复涂层外援型自修复本征型自修复

Q235/Ni-Co基自修复涂层的制备和耐蚀性能

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材料研究学报 2020年第10期34卷 777-783页

作者：段体岗黄国胜马力彭文山张伟许立坤林志峰何华毕铁满中国船舶重工集团公司第七二五研究所海洋腐蚀与防护重点实验室青岛266237 烟台市公共就业和人才服务中心烟台264003 大连船舶重工集团有限公司大连116001

结合自修复微胶囊防腐涂层与合金镀层的优点,在Q235碳钢基体制备Ni-Co/Cap(T+Y)复合涂层以提高碳钢材料的耐侯性和服役周期。首先采用恒电流合金电镀法在Q235碳钢基体生成Ni-Co合金镀层,然后将以桐油和金属缓蚀剂做囊芯的双组份自修复... 详细信息

结合自修复微胶囊防腐涂层与合金镀层的优点,在Q235碳钢基体制备Ni-Co/Cap(T+Y)复合涂层以提高碳钢材料的耐侯性和服役周期。首先采用恒电流合金电镀法在Q235碳钢基体生成Ni-Co合金镀层,然后将以桐油和金属缓蚀剂做囊芯的双组份自修复胶囊均匀分散在醇酸树脂防腐涂层中制备有机防腐涂层,得到NiCo/Cap(T+Y)复合涂层。SEM观测和热重分析结果表明,合成的双组份自修复微胶囊的平均粒径约为3μm,囊芯包覆率达到49%。中性盐雾试验和微区电化学测试结果表明,经历380 h中性盐雾试验后复合防腐涂层只在划痕交点处出现轻微腐蚀,其他部位仍旧完整,没有出现鼓泡和腐蚀。以Ni-Co合金镀层与自修复涂层相结合的复合涂层,能长期保护Q235碳钢。

关键词：材料失效与保护自修复涂层微胶囊 Ni-Co合金电镀

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碳钢基自修复涂层的制备和耐蚀性研究

表面技术 2021年第4期50卷 344-350,375页

作者：段体岗黄国胜马力张伟彭文山许立坤林志峰何华毕铁满中国船舶重工集团公司第七二五研究所海洋腐蚀与防护重点实验室山东青岛266237 大连船舶重工集团有限公司辽宁大连116001

目的通过在有机防腐涂层中添加小粒径的自修复微胶囊,增强防腐涂层的自修复能力,提高碳钢的耐腐蚀性能。方法通过乳液聚合法,采用桐油和金属缓蚀剂作为囊芯,分别合成得到了粒径均一的单组分和双组分自修复胶囊,均匀分散于防腐涂层中,获... 详细信息

目的通过在有机防腐涂层中添加小粒径的自修复微胶囊,增强防腐涂层的自修复能力,提高碳钢的耐腐蚀性能。方法通过乳液聚合法,采用桐油和金属缓蚀剂作为囊芯,分别合成得到了粒径均一的单组分和双组分自修复胶囊,均匀分散于防腐涂层中,获得自修复涂层。结果SEM和热重分析显示,合成的单组分和双组分自修复微胶囊的平均粒径在3μm左右,囊芯包覆率分别达到48%和49%。人为破损涂层的中性盐雾试验和浸泡试验表明,在囊芯中桐油和金属缓蚀剂的比例为5∶1且防腐涂层中微胶囊含量为10%的条件下,经历110 h中性盐雾试验后,防腐涂层划痕处仍旧保持完整,未出现鼓泡和腐蚀现象。同时,浸泡675 h后,自修复涂层仍然保持较高的低频阻抗模值,表明此时涂层的耐蚀性最佳。结论含有双组分微胶囊的自修复涂层具有较好的自修复能力,可以较好地阻碍腐蚀环境侵蚀,起到长期保护金属基体材料的作用。

关键词：自修复涂层微胶囊双组分中性盐雾试验

中空二氧化硅微球包覆2-巯基苯并噻唑自修复涂层防腐性能

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中国表面工程 2023年第5期36卷 112-122页

作者：石浩褚贵文李正利宋立英蒋全通山东科技大学机械电子工程学院青岛266590 山东科技大学安全与环境工程学院青岛266590 中国科学院海洋研究所青岛266071

涂层技术广泛应用于金属设备腐蚀防护,而针对传统涂层服役过程中的微损伤难以及时探测并修复,导致损伤后涂层防腐性能失效、金属腐蚀进程加速等问题。开发一种中空介孔SiO2微球包覆2-巯基苯并噻唑的自修复涂层,并对涂层的自修复性能进... 详细信息

涂层技术广泛应用于金属设备腐蚀防护,而针对传统涂层服役过程中的微损伤难以及时探测并修复,导致损伤后涂层防腐性能失效、金属腐蚀进程加速等问题。开发一种中空介孔SiO2微球包覆2-巯基苯并噻唑的自修复涂层,并对涂层的自修复性能进行全面表征测试。将包覆2-巯基苯并噻唑的SiO2微球作为填料,添加到无溶剂环氧树脂涂层中制备自修复涂层,在质量分数为3.5%的NaCl溶液中探查受损涂层在铜基体表面的自修复过程。采用多种测试表征方法测试SiO2微球包覆2-巯基苯并噻唑的可行性,对涂层的自修复机理进行深入分析,综合评价自修复涂层的防腐性能。采用溶胶-凝胶法对SiO2微球进行制备,制备的SiO2微球具有中空结构,微球直径约为623nm。通过XDR、FTIR与TG等测试表征技术验证SiO2微球实现对2-巯基苯并噻唑的包覆,且负载量良好;通过EIS阻抗测试对自修复涂层的修复性能进行测试,经对照实验测试自修复涂层具有较为良好的防腐性能,并在6d时防腐性能达到最大;通过SEM、EDS以及SKP等测试技术,从微观角度验证包覆2-巯基苯并噻唑的SiO2微球对损伤涂层的修复性能以及对铜基体的防腐性能。当涂层被划伤后,2-巯基苯并噻唑缓慢释放并通过强化学吸附与铜基体结合,在裸露金属基体表面形成一层保护膜,阻滞外部环境的腐蚀性介质对铜腐蚀,实现了涂层对损伤处的主动修复,在浸泡6 d后防腐效果显著。制备的包覆2-巯基苯并噻唑SiO2微球对损伤涂层具有一定的修复能力,能够有效延长涂层的服役寿命。

关键词：中空介孔SiO2微球 2-巯基苯并噻唑自修复涂层缓蚀剂腐蚀防护

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含环氧树脂微胶囊自修复涂层的制备及其性能

表面技术 2017年第12期46卷 84-90页

作者：童晓梅郝芹芹闫子英袁梦陕西科技大学化学与化工学院西安710021

目的制备含环氧树脂微胶囊的二元自修复涂层,并对其力学性能和自修复性能进行研究。方法将自制环氧树脂E-51/三聚氰胺-脲醛树脂微胶囊和潜伏型固化剂(2-甲基咪唑)按一定比例添加到环氧树脂基体中,制备二元自修复环氧树脂涂层。利用漆膜... 详细信息

目的制备含环氧树脂微胶囊的二元自修复涂层,并对其力学性能和自修复性能进行研究。方法将自制环氧树脂E-51/三聚氰胺-脲醛树脂微胶囊和潜伏型固化剂(2-甲基咪唑)按一定比例添加到环氧树脂基体中,制备二元自修复环氧树脂涂层。利用漆膜弹性试验机、漆膜冲击试验机和万能拉伸试验机对涂层的弯曲性能、耐冲击性能和拉伸性能进行测试。利用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)对涂层的自修复性能进行考察。采用EIS对涂层的电化学性能进行测试。结果成功制备了含环氧树脂微胶囊二元自修复涂层,当涂层中微胶囊的质量分数为3%时,涂层的冲击强度和拉伸强度分别提高了10.6%和14.6%。当涂层中2-甲基咪唑和微胶囊质量分数分别为6%和5%时,涂层的自修复性能较佳。当微胶囊质量分数为9%时,涂层的电化学阻抗值可达1.2×105?。结论微胶囊的加入可有效提高涂层的冲击强度和拉伸强度。随着涂层中潜伏型固化剂含量的增大,涂层的自修复性能增强。当潜伏型固化剂含量达到一定值时,涂层的自修复性能随着微胶囊含量的增大而增强。随着微胶囊含量的增加,涂层的电化学阻抗值增大。

关键词：微胶囊潜伏型固化剂环氧树脂自修复涂层

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纳米埃洛石装载苯并三氮唑自修复涂层研究

中国腐蚀与防护学报 2022年第4期42卷 705-708页

作者：张正阳郭子新周欣孙海静孙杰沈阳理工大学环境与化学工程学院沈阳110159 辽宁科技学院冶金工程学院本溪117002

研究了高温微波加热改性后的埃洛石纳米管在装载金属缓蚀剂苯并三氮唑后,利用超声波振荡法分散,用差热分析测定样品的装载量,采用扫描电镜对涂层的表面形貌进行观察,采用电化学阻抗方法对涂层腐蚀性能进行测试。结果表明,改性之后纳米... 详细信息

研究了高温微波加热改性后的埃洛石纳米管在装载金属缓蚀剂苯并三氮唑后,利用超声波振荡法分散,用差热分析测定样品的装载量,采用扫描电镜对涂层的表面形貌进行观察,采用电化学阻抗方法对涂层腐蚀性能进行测试。结果表明,改性之后纳米埃洛石的表面形貌呈现破碎的管状结构的聚合体,超声震荡8 h具有最好的担载效果,苯并三氮唑负载在纳米埃洛石中形成的环氧涂层具有良好的保护金属材料的作用。

关键词：纳米埃洛石管缓蚀剂苯三唑自修复涂层