[發明專利]一種基于PU/PUF微膠囊及PCL微膠囊的自修復水性涂料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810909187.5
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN109135403B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 陳鑫;田雨;陳榮華;梁斌;羅俊君;劉濤;白永康;田然;陳莉;靳榮華;王向東;袁萍蕓;張紀雯;郭曉燕;于小倩
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;廣東嘉寶莉科技材料有限公司
• 主分類號: C09D7/65
• 分類號: C09D7/65;B01J13/14;B01J13/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

一種基于PU/PUF微膠囊及PCL微膠囊的自修復水性涂料及其制備方法，將PU/PUF微膠囊和PCL微膠囊加入到水性涂料中，攪拌均勻，得到自修復水性涂料；其中，按質量百分比計，PU/PUF微膠囊為12～20％，PCL微膠囊為0.6～3.6％，余量為水性涂料。在涂刷成膜后，對涂料表面進行劃痕處理，在常溫的條件下，添加此微膠囊的涂料在24h內涂料劃痕能達到80％以上的自修復率。本發明提供的自修復水性涂料自修復條件簡單，合成原料便宜易得，可實現工業化生產。

技術領域

本發明屬于高分子水性涂料領域，具體涉及一種基于PU/PUF微膠囊及PCL微膠囊的自修復水性涂料及其制備方法。

背景技術

所謂涂料是一種呈流動狀態，能在物體表面擴展形成薄膜，并隨時間延續與加熱以及供給其他能量，能在被涂飾表面牢固黏附固化，形成具有特定性能的連續皮膜的物質。在木材加工生產中用于木制品或木質材料的表面裝飾，舊稱油漆，自20世紀以來，隨著高分子材料的發展，各種合成樹脂漆越來越多，故改稱涂料。為了改善其外觀，物理和機械性能，將涂料涂覆在材料表面上。阻止材料被大氣中的水和氧氣氧化腐蝕。據報導，2001年以來，全世界每年用于防腐蝕的費用約有3000億美元。按一個國家每年的GDP值來算，占該國GDP值的2％～5％，這個數字使人感到十分震驚，深深感到涂料行業工作者的重擔在身。

然而，涂料并不理想，在使用壽命期間易受到許多降解過程的影響。發現頂層附近的裂紋會損壞涂層并顯著降低其使用壽命。在保護涂層中存在微觀缺陷(微裂紋，針孔，空腔，機械刮擦和劃痕)使得環境可以容易且更快速地到達金屬。

涂層可能具有一些缺陷，例如凹坑，模痕和劃痕等。涂層中的裂紋可能由于涂層材料的結晶而導致。涂層中的高拉伸應力狀態也會導致涂層開裂；例如，鉻酸鹽涂層具有高拉伸應力值。類似地，由于涂布不當，錯誤選擇涂層或暴露于意外的環境考察因素，涂層可能會發生降解。在長期的涂層使用壽命中，諸如溫度，紫外線輻射和機械作用(劃痕或裂紋)等因素會影響其物理和機械完整性，并產生孔隙和裂縫，使腐蝕性元素容易到達基材除了外部因素，涂層內部的殘余應力也會在涂層中產生裂紋。拉伸殘余應力將導致垂直微裂紋的產生和壓應力產生界面微裂紋。如果涂層中存在預先存在的裂紋并且壓縮應力高于其臨界值，則會發生屈曲。這可能會導致剪切力的產生并最終導致涂層和基材之間的剝離。因此，可以說裂化會引起界面粘著并會影響涂層的機械一致性。

傳統的修復方法，如焊接和修補等，完全無法恢復由于微裂紋和最終腐蝕造成的損害，因為很難檢測和監測涂層內部的非常小的深度缺陷和損壞，尤其是它們的在這樣的微觀水平上愈合或修復。因此，對具有固有自愈能力的材料進行了檢索并嘗試了修復微裂紋的方法。在這方面，生物體中不同的自然發生的器官和器官是以這種自我修復能力遞送，其中有時在分子中發生愈合，例如DNA修復和宏觀水平，例如傷口和骨骼的愈合。

自修復涂料是一種有自動愈合能力的新型涂料，近十多年發展很快。在過去的15年中，自修復材料一直是一個巨大的研究領域。主要目的是設計和合成具有內置自修復能力的材料，在損壞后可以快速恢復其物理和機械完整性。材料自修的能力是寶貴的財產，因為它有效地擴大了材料的使用周期。它一方面可及時與周圍環境隔離開來，防止進一步擴大受創傷的范圍，特別在極端腐蝕的情況下，避免重大泄漏而造成嚴重環境污染的事故發生。它又能及時自動修復被劃傷、擦傷或受損的表面，保持其表面高裝飾性的美觀與光澤，從而延長涂膜的使用壽命。從經濟意義上講也是很大的，這正是用戶與供應商長期以來所追求的目標。

誘導自修復機制最常見的刺激是機械，熱或光引發的自愈。對于內置自修復材料，微膠囊是最易實現工業化的方法。微膠囊是微米范圍內的球形微小顆粒，所包封的液體修復劑(核心材料)，封裝在不同種類的聚合物壁(殼壁)內。這些膠囊可根據所需應用封裝不同的材料，如固體，液體和氣體。由于化學和機械穩定性，涂層相容，無孔或漏殼壁，能夠感知損害的發生，并且通過釋放芯材來響應損傷。因此我們選擇內置微膠囊來制備自修復水性涂料。

發明內容