[發明專利]一種具有光熱效應的自修復涂層及其制備和應用方法

有效

• 申請號: 201910369072.6
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110157312B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 馬菱薇;王金科;張達威
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C09D175/04
• 分類號: C09D175/04;C09D133/02;C09D125/06;C09D129/04;C09D163/00;C09D5/08
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明公開了一種具有光熱效應的自修復涂層及其制備和應用方法，其特征在于，該涂層由質量分數為0.3％～5.0％的氮化鈦納米顆粒和余量的樹脂組成。該涂層通過以下方法制得：首先將氮化鈦納米顆粒均勻分散在樹脂中，之后旋涂、噴涂或刮涂于基材表面，固化后得到具有光熱效應的自修復涂層。上述方法制備的氮化鈦?樹脂復合涂層具有良好的耐蝕性；當涂層表面產生破損時，納米氮化鈦在光照下激發等離激元共振，可直接將光能轉化為熱能，從而促進有機物熔融并愈合損傷界面，恢復涂層對基體的保護作用。本發明的制備工藝簡單，生產成本低，涂層的耐蝕性和自修復性能良好，并且可以重復多次自修復，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種具有光熱效應的自修復涂層及其制備和應用方法，屬于耐蝕涂層材料領域。

背景技術

涂層防護作為物理屏蔽可以有效抑制金屬基體表面腐蝕現象的發生，它是最有效的金屬防腐蝕手段之一。然而，涂層在服役過程中不可避免地會產生破損和開裂，造成防腐性能的顯著下降。因此，亟需開發具有自行修復破損功能的智能涂層。自修復涂層可以通過光、電、熱、磁等外界刺激，促使受損區域的涂層熔融而愈合損傷界面，該方法可以修復較大尺寸的表面損傷，有利于恢復涂層自身的物理化學性質和屏蔽作用。近幾年來，通過光照產熱的新型自修復涂層受到了學者們的廣泛關注。光熱觸發自修復具有以下顯著的優點：(1)對涂層材料的種類沒有嚴苛要求，共價鍵與非共價鍵均可修復；(2)可以利用光源遠距離觸發自修復過程，對于在特殊環境如水下、真空等條件的材料修復有著極其重要的意義；(3)通過調整光照位置和光斑大小，可以實現涂層的局部高精度自修復，避免對涂層完好區域的熱損傷和副作用，這是傳統的加熱修復方式難以實現的；(4)通過調節光源波長和強度等條件，可優化光熱效應。因此，光照產熱方法在涂層研究與開發中具有巨大的研究價值和經濟效益。現有報告已通過在涂層中添加石墨烯、碳納米管、金納米顆粒等實現了光熱自修復，但這些物質的添加會顯著增加涂層的制備成本，因此亟需開發新型的低成本、高性能光熱材料，并將其應用于光熱自修復涂層的領域。納米氮化鈦具有基于等離激元共振的光照產熱性能，其在整個可見光及近紅外波長范圍內均具有良好的光吸收率，有利于高效利用光能；納米氮化鈦還具有價格低、熔點高、化學穩定性和耐蝕性好等優點。因此，開發基于納米氮化鈦的光熱自修復涂層具有廣泛的應用前景；同時應選擇合適的氮化鈦粒徑和形狀，確保其在涂層中具有良好的分散性和結合力。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有光熱效應的自修復涂層及其制備和應用方法。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種具有光熱效應的自修復涂層，其特征在于，該涂層是由氮化鈦納米顆粒和樹脂組成的復合結構。

所述氮化鈦納米顆粒的直徑為10nm～80nm，質量分數為0.3％～5.0％；所述樹脂為聚氨酯PU、聚丙烯酸PAA、聚苯乙烯PS、聚乙烯醇PVA、改性環氧中的任一種；氮化鈦-樹脂復合涂層的厚度為50μm～200μm。

一種上述具有光熱效應的自修復涂層的制備方法，其特征在于：首先將氮化鈦納米顆粒均勻分散于四氫呋喃或N,N-二甲基甲酰胺中，之后與樹脂溶液均勻混合形成均質液體；再將氮化鈦-樹脂復合溶液通過旋涂、噴涂或刮涂的方式均勻涂覆于基材的表面，并在40℃～100℃的溫度下固化12h～24h，最終得到具有光熱效應的自修復涂層。

如上所述涂層的自修復方法，其特征在于：利用5W/cm²～50W/cm²的近紅外激光照射涂層的受損區域，10s～60s內涂層逐漸熔融并愈合損傷界面，停止光照后涂層重新固化，從而恢復對基體的保護作用。