自修复材料在涂料中的应用.docx

目 录1. 研究背景12. 自修复材料的分类13. 自修复微胶囊13.1. 微胶囊的概念13.2. 自修复微胶囊修复机理23.3. 自修复微胶囊在各领域的应用34. 自修复微胶囊在金属防腐涂料中的应用44.1自修复涂料的基本要求44.2 金属防腐涂料的选择54.3微胶囊对自修复金属防腐涂层的耐腐蚀性能的影响54.3.1 微胶囊芯壁比对自修复金属防腐涂层的耐腐蚀性能的影响54.3.2 微胶囊用量对自修复金属防腐涂层的耐腐蚀性能的影响54.4 前人研究成果55. 结束7参考文献9自修复微胶囊在金属防腐涂料中的应用1. 研究背景材料在使用过程中不可避免地会产生局部损伤和微裂纹，并由此引发宏观裂缝而发生断裂，影响材料正常使用和缩短使用寿命[1]。裂纹的早期修复，特别是自修复是一个现实而重要的问题。自修复材料是智能材料的一个重要分支，在无外界作用条件下，材料本身能对内部缺陷进行自我恢复[2]。金属的腐蚀是金属受环境介质的化学或电化学作用而被破坏的现象。金属腐蚀遍及国民经济各个领域，给国民经济带来了巨大的损失长期以来，人们一直采用多种技术对金属加以保护，其中最有效、最经济的方法之一是在金属表面涂敷防腐涂层，以隔绝腐蚀介质与金属底材。但涂料在其使用过程中会因环境或力学性能等因素的变化产生微裂纹，并且由于暴露于大气中，微裂纹会逐渐蔓延、扩张，从而加速了金属与涂料界面上涂料的剥离和分层[3]，减少涂料的使用寿命和防腐能力，同时也影响了金属的使用。涂料可看作是由粘合剂与颜料所组成的一类特殊的复合材料，因此复合材料裂纹自修复技术同样可以应用于涂料领域，延长涂料的耐久性。2. 自修复材料的分类自修复材料按机理可分为两大类：一类主要是通过加热等方式向体系提供能量，使其发生结晶[4,5]、在表面成膜[6-8]或产生交联[9,10]等作用实现修复；另一类主要是通过在材料内部分散或复合一些功能性物质来实现的，这些功能性物质主要是装有化学物质的纤维[11-17]或胶囊。本文主要研究微胶囊型自修复材料，即通过在金属防腐涂料中添加微胶囊，使涂层具有自修复功能。3. 自修复微胶囊3.1. 微胶囊的概念微胶囊是通过成膜材料包覆分散性的固体、液体或气体而形成的具有核-壳结构的微小容器[18]，通常将成膜材料形成的包覆膜称为壁材或囊壁（一般由天然的或合成的高分子材料形成），成膜材料内部被包覆的物质称为芯材或囊芯。微胶囊大小和形状，随着制备工艺的不同而在很大范围内变化。微胶囊大小通常在2-1000μm范围内，直径小于1μm的胶囊称为纳米胶囊，直径大于1000μm的胶囊称为大胶囊。囊壁厚度在 0.2-10μm不等，囊芯在微胶囊总质量中所占的比例也在20-95%范围内变化[19]。微胶囊是由被包裹材料和包裹材料组成的。包于内部的材料一般称为活性物、活性剂、芯材料、内相、核、有效载荷或填充物。包囊材料通常称作壁、载体、壳、涂层或膜，它可以是有机聚合物、水溶胶、糖、蜡、脂肪、金属或无机氧化物等。微胶囊的基本组成见图 3-1 所示[20]，通常分为单核、多核以及多壁微胶囊。图3-1 微胶囊的组成Fig. 3-1 Component of microcapsulesa) Single core, b) Multicore, c) Double wall3.2. 自修复微胶囊修复机理美国 White 教授模仿生物自修复过程，发明了一种基于微胶囊技术的完全自主修复方法[21]。用于自修复的微胶囊在正常情况下保持稳定，只有在受外力作用下，壁材破裂才能释放出芯材。自修复微胶囊的机理如图 3-2 所示。将催化剂与包覆有修复剂的微胶囊分散于含有固化剂的环氧树脂基聚合物中，当材料受损产生裂纹时，伸展的裂纹可致微胶囊破裂，包覆在微胶囊内的修复液释放，与埋藏在基体材料中催化剂接触后发生聚合反应，将裂纹两面粘结，从而阻止裂纹进一步扩展。图3-2 自修复机理图Fig.3-2 The autonomic healing concept3.3. 自修复微胶囊在各领域的应用微胶囊技术的研究开始于 20 世纪 30 年代，到了 40 年代末期美国人采用物理方法（空气悬浮法）制备了微胶囊并成功用于药物方面。1954 年，美国国家现金出纳公司研究者用相分离复合凝聚法制备了含油明胶微胶囊，并用于制备无碳复写纸，从此开创了微胶囊在商业领域上的应用。到了 90 年代微胶囊技术得到了更大的发展，微胶囊作为高新技术已开始向实用化迈步，其应用也从无碳复写纸和药物包覆扩展到了食品、涂料、农药、纺织、染料等多种领域。在最近的几十年里，微胶囊作为一种功能材料更是被广泛的研究，并且逐渐在电子、材料等高技术领域中获得应用[22]。本文主要综述了自修复微胶囊在涂料中的应用。4. 自修复微胶囊在金属防腐涂料中的应用4.1自修复涂料的基本要