張大全教授團(tuán)隊在《Journal of Coatings Technology and Research》上發(fā)表了題為“An anti-corrosion coating with self-healing function of polyurethane modified by lipoic acid”的文章，本文對該工作的主要內(nèi)容進(jìn)行簡單總結(jié)。

1 研究背景

聚氨酯涂層因其優(yōu)異的耐磨性和良好的耐腐蝕性成為重要的防腐蝕涂層之一。然而，在使用過程中，聚氨酯涂層將不可避免地產(chǎn)生微裂紋。裂紋會降低機(jī)械強(qiáng)度，從而降低產(chǎn)品的使用壽命。此外，它們還可能導(dǎo)致耐腐蝕性能的惡化。二硫鍵在溫和條件下具有低化學(xué)能和動態(tài)可逆的交換。α-硫辛酸是一種含有二硫鍵和羧基的小分子。由于動態(tài)二硫鍵的存在，它很容易在一定溫度下進(jìn)行開環(huán)聚合。羧基之間的氫鍵導(dǎo)致線性聚合物自交聯(lián)。這種化合物的特殊分子結(jié)構(gòu)使其具有獨特的定制性能，使其適合于制備功能性涂層。

2 研究內(nèi)容

本論文以硫辛酸為擴(kuò)鏈劑，將其引入聚氨酯，賦予了聚氨酯自修復(fù)能力，提升了防腐效果。研究表明，PU-ALA涂層表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性。而且在不同的浸泡天數(shù)下，PU-ALA涂層的電極在低頻區(qū)的阻抗模量值都在108W×cm2以上。在60℃加熱60分鐘后，PU-ALA涂層在耐腐蝕性和形態(tài)上都表現(xiàn)出明顯的修復(fù)行為。這一工作有望開發(fā)出具有長壽命劃痕修復(fù)能力的防腐蝕涂層，用于各種工業(yè)應(yīng)用。

Fig. 1 Impedance diagram of the PU coated electrode （a） and the PU-ALA coated electrode （b） immersed in 3 wt.% NaCl solution:（a1, b1） Nyquist diagram; （a2, b2） Bode diagram; Variation of the modulus values at 0.01 Hz for the two coated electrodes as a function of immersion time （c）； The proposed equivalent circuit model for fitting （d）。

Fig. 2 The repair effect diagram of PU-ALA coating with different temperatures and times.

Fig. 3 Impedance diagram of the PU-ALA coated electrodes with scratches immersed in 3 wt.% NaCl solution: （a） Nyquist plots; （b） Bode plots; Variation of the modulus values at 0.01 Hz for the two coated electrodes as a function of immersion time （c）。

Fig. 4 Repair mechanism diagram of PU-ALA coating.

圖3（b）顯示了浸泡在3wt.%NaCl溶液中的有劃痕的PU-ALA涂層電極的Bode圖。圖中顯示了兩個峰值。中頻的峰值（約103 Hz）是對PU-ALA涂層缺陷的反應(yīng)，而低頻區(qū)域的峰值（0 Hz ~ 10 Hz）可能是由于腐蝕過程造成的。然而，中頻區(qū)域的峰值和與Warburg阻抗相對應(yīng)的擴(kuò)散尾巴在浸泡50分鐘后都消失了。這些可以作為涂層劃痕處愈合過程的證據(jù)。涂層對金屬的保護(hù)性能是通過低頻區(qū)的阻抗來觀察的。因此，每個Nyquist圖的頻率為0.01Hz的阻抗模量（|Z|0.01Hz）被用來評估自我修復(fù)過程中涂層電阻的變化（圖3c）。在60 °C的加熱條件下，涂層表面緩慢修復(fù)，50分鐘后|Z|0.01Hz的緩慢增加證明了這一點。這一結(jié)果也與劃痕表面測試相一致。它顯示了涂層對銅的保護(hù)作用的修復(fù)。

3 結(jié)論

綜上所述，這一工作在不借助任何溶劑的情況下成功地在銅表面制備了改性聚氨酯涂層。聚四氫呋喃和2,4-甲苯二異氰酸酯被用作預(yù)聚物，而硫辛酸被用作擴(kuò)鏈劑。改良后的聚氨酯涂層在交聯(lián)點上顯示出可逆的動態(tài)作用，這增強(qiáng)了它的防腐蝕的自修復(fù)性能。

該論文的實驗工作是由研究生蔡鎮(zhèn)濤、李雨晴、陸佳敏完成，指導(dǎo)老師為高立新副教授，論文工作也得到了張大全教授的指導(dǎo)。該論文受到國家自然科學(xué)基金（217761172）和上海市電力材料防護(hù)與新材料重點實驗室開放基金的資助。