&

金屬防腐自修復(fù)涂料的發(fā)展方向分析

2021-01-22 10:39:49 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：腐蝕與防護(hù)涂料市場(chǎng)、涂料工業(yè) 分享至：

所謂自修復(fù)涂料是指涂層遭到破壞后具有自修復(fù)功能，或者是在一定條件下具有自修復(fù)功能的涂料。自20世紀(jì)80年代開(kāi)始出現(xiàn)關(guān)于自修復(fù)涂料的文獻(xiàn)報(bào)道。早期的自修復(fù)防腐涂料是基于六價(jià)鉻在潮濕的環(huán)境中在碳鋼表面形成一層致密的含有γ-Fe2O3和Cr2O3的鈍化膜，對(duì)基材表面起到良好的延緩腐蝕的作用。但是六價(jià)鉻化合物不僅有毒而且容易被人體吸收，具有致癌作用，不符合健康環(huán)保的要求。防腐涂料必須滿足當(dāng)今對(duì)環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)的要求，因此節(jié)能環(huán)保的自修復(fù)防腐涂料是一種具有廣闊前景的產(chǎn)品。

自修復(fù)防腐涂料的發(fā)展現(xiàn)狀

據(jù)Alicja等人統(tǒng)計(jì)，自上世紀(jì)80年代到2015年期間，出版了關(guān)于自修復(fù)保護(hù)涂料的文獻(xiàn)報(bào)道就有542篇，具體分布情況如圖1所示，從圖中顯示自2010年至2015年期間關(guān)于自修復(fù)涂料的文獻(xiàn)數(shù)量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。同時(shí)把研究自修復(fù)涂料的全球分布以及歐洲分布情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2和圖3所示。結(jié)果表明自修復(fù)涂料在全球分布來(lái)看，亞洲和歐洲研究的比較多，歐洲分布情況顯示出德國(guó)研究的偏多。

640?wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1.jpg

金屬防腐自修復(fù)涂料的種類

微膠囊型自修復(fù)涂料

White等人設(shè)計(jì)了典型的微膠囊自修復(fù)復(fù)合材料系統(tǒng)，具體設(shè)計(jì)思路如圖4所示。該系統(tǒng)是將修復(fù)劑包裹在微膠囊中，然后將微膠囊負(fù)載到含有能夠聚合該修復(fù)劑的催化劑的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中。具體自修復(fù)過(guò)程是：

a）當(dāng)涂層發(fā)生損壞產(chǎn)生了裂紋；

b）裂紋造成微膠囊破裂，釋放出修復(fù)劑；

c）修復(fù)劑與催化劑接觸后發(fā)生聚合反應(yīng)將裂紋修復(fù)。

圖4 自動(dòng)修復(fù)概念示意圖

微膠囊型自修復(fù)涂料理論研究比較成熟，但是在工業(yè)使用過(guò)程中存在一些難點(diǎn)，含有修復(fù)劑的微膠囊含量少了起不到修復(fù)效果，含量多了影響涂層的力學(xué)性能。而且不但在生產(chǎn)微膠囊涂料過(guò)程中需要嚴(yán)格控制，就是在施工過(guò)程中也需要特別注意。

高聚物型自修復(fù)防腐涂料

640?wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1.jpg

圖5 狄爾斯-阿爾德反應(yīng)機(jī)理

640?wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1.jpg

圖6 自修復(fù)過(guò)程的SEM

圖7 π-π鍵相互堆積結(jié)構(gòu)圖

圖8 彈性體自修復(fù)涂膜自修復(fù)示意圖

高聚物型自修復(fù)涂料在生產(chǎn)和施工過(guò)程中不像微膠囊自修復(fù)涂料那么不好控制。但是高聚物型自修復(fù)涂料的力學(xué)性能偏低，涂膜硬度和耐磨性能偏低，而且在自修復(fù)過(guò)程中需要加熱才能完成。

負(fù)載緩蝕劑型自修復(fù)涂料

加入金屬緩蝕劑是金屬防腐中常用的方法。六價(jià)鉻雖然能夠有效地抑制金屬基材的腐蝕，但其毒性原因不符合環(huán)保要求。近年來(lái)發(fā)展了一些環(huán)境友好型的緩蝕劑，如鈰、鉬酸、磷酸以及有機(jī)緩蝕劑，這些能夠有效地替代六價(jià)鉻。緩蝕劑雖然能夠有效地在金屬表面形成一層保護(hù)的鈍化膜起到抑制金屬進(jìn)一步腐蝕的作用，但是由于緩蝕劑與涂層的相容性差，如果直接加入到涂層中會(huì)影響防腐效果。而且由于化學(xué)鍵的相互影響，使緩蝕劑均勻地分散到涂層中也是相當(dāng)困難的。為了解決這一問(wèn)題，許多學(xué)者設(shè)計(jì)出了一些列的解決方法。

將緩蝕劑負(fù)載到多孔結(jié)構(gòu)的材料中，然后再加入樹脂中制備的自修復(fù)涂料解決了微膠囊型自修復(fù)涂料的生產(chǎn)和施工復(fù)雜以及高聚物型自修復(fù)涂料的力學(xué)性能較差的問(wèn)題。不過(guò)該涂料在自修復(fù)過(guò)程中需要緩蝕劑從多孔結(jié)構(gòu)中釋放出來(lái)以達(dá)到修復(fù)的目的，這樣就會(huì)受到緩蝕劑釋放能力的限制，需要在修復(fù)過(guò)程快速釋放以達(dá)到滿意的效果。

自修復(fù)金屬防腐涂料的發(fā)展方向

利用自修復(fù)的性能延長(zhǎng)防腐涂層的使用壽命，這種方法已經(jīng)得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。但是距離象生物一樣理想的自修復(fù)防腐涂料還有一定的差距。今后在自修復(fù)防腐涂料的發(fā)展方面有如下重點(diǎn)：

（1）簡(jiǎn)化工藝過(guò)程，提高可操作性

從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，生產(chǎn)配方以及生產(chǎn)及施工工藝越簡(jiǎn)單，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值越高，使用越廣泛。如現(xiàn)在普遍研究的微膠囊自修復(fù)系統(tǒng)就存在生產(chǎn)或使用過(guò)程中微膠囊提前破裂而達(dá)不到自修復(fù)目的的問(wèn)題。

（2）研究室溫自修復(fù)的高聚物型智能涂料

利用高聚物的某些特性實(shí)現(xiàn)自修復(fù)目的的復(fù)合涂料，自修復(fù)過(guò)程普遍需要加熱升溫，一般都要在80~160℃左右的溫度下才能達(dá)到自修復(fù)，這樣的自修復(fù)沒(méi)有達(dá)到自發(fā)進(jìn)行的目的。所以研究在室溫下就能夠達(dá)到自修復(fù)目的的防腐涂料是具有工業(yè)實(shí)用價(jià)值的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

（3）擴(kuò)大天然材料在防護(hù)涂料方面的應(yīng)用

天然材料是比較理想的工業(yè)原材料，比如天然的高分子材料（包括纖維、殼聚糖、天然橡膠等）、天然礦物納米材料等已經(jīng)在防腐涂料中得到了廣泛應(yīng)用。美國(guó)專利US9683109B2介紹了一種自修復(fù)防腐涂料，該涂料就是采用殼聚糖、二氧化硅粒子和環(huán)氧樹脂合成聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合物。通過(guò)測(cè)試質(zhì)量損失以及鹽霧試驗(yàn)證明負(fù)載2.0%的殼聚糖聚合物的環(huán)氧涂層在高的腐蝕環(huán)境中具有優(yōu)異的防腐蝕效果。不斷研究發(fā)現(xiàn)天然材料的特性，并把其應(yīng)用在自修復(fù)防腐涂料體系中是一項(xiàng)利國(guó)利民的重要事業(yè)。

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站所轉(zhuǎn)載的文字、圖片與視頻資料版權(quán)歸原創(chuàng)作者所有，如果涉及侵權(quán)，請(qǐng)第一時(shí)間聯(lián)系本網(wǎng)刪除。