[发明专利]一种自修复微胶囊及制备和应用方法

说明书

本发明提供一种自修复微胶囊及制备和应用方法，属于有机涂料和表面改性技术领域。该自修复微胶囊包括：囊壁材料、对有机涂层具有修复作用的涂层修复剂和对金属基体具有腐蚀抑制作用的缓蚀剂，涂层修复剂和缓蚀剂封装在囊壁材料内部；当囊壁材料破损时，涂层修复剂和缓蚀剂在压差作用下流出，对有机涂层进行修复，同时对金属进行保护。本发明通过在囊芯材料中添加缓蚀剂，使微胶囊同时具有涂层修复和基体保护的作用，可极大提高防护涂层的寿命，为有机涂层性能的提升提供了新的思路。试验表明，采用本发明的自修复微胶囊能显著提高有机涂层的防护效果和防护寿命；特别是当有机涂层出现破损时，该微胶囊的自修复作用能够显著提高涂层的服役寿命。

技术领域

本发明涉及有机涂料和表面改性技术领域，具体是一种自修复微胶囊及制备和应用方法。

背景技术

有机防腐涂层在海洋工程等领域应用广泛。然而涂层成型过程会伴随有机分子的交联、缩聚以及溶剂挥发等因素，导致涂层内部密度不均、形成微孔、裂纹缝隙等微观缺陷，成为外界电解质溶液渗入的传输通道，使得水、溶解氧及电解质离子渗透到达金属表面，从而引起金属基体的腐蚀。

自修复概念的提出为解决有机涂层材料外部创伤和内部缺陷提供了理想的途径。其通过对损伤作出感应和响应，在不影响体系整体性能的条件下对损伤进行修复，可以保障材料更可靠、安全、耐用，从而大大降低维护维修的费用。自修复技术可分为埋置式自修复技术和原位自修复技术两种，微胶囊技术是应用较多的埋置式自修复技术之一。

微胶囊技术是近30年来发展起来的新工艺，通称微囊化。利用天然或合成的高分子材料作为囊膜壁壳，将固态药剂或液态药剂包裹而成药库型微囊，也可使药剂溶解或分散在高分子材料基质中，形成基质型微小球状实体的固体骨架物称微球。微胶囊最重要特点是可通过微胶囊壁来调控微球内外物质的传递，特别是被保护核物质的控制释放。将对有机涂层具有修复作用的修复剂包覆到微胶囊中，并将微胶囊添加到有机涂层中，当有机涂层因受到外力而产生缺陷时，微胶囊囊壁破裂，释放出缓蚀剂，从而对涂层损伤部分进行修复。

目前国内外研究者针对自修复微胶囊做了大量的研究工作，开发出了多种自修复微胶囊。例如White等人利用微胶囊进行自修复研究，利用脲醛树脂包覆的双环戊二烯微胶囊，添加到环氧树脂涂料中并制备出自修复涂层，通过实验证明修复率可以达到75％，但是这个体系的催化剂寿命短，修复后的强度降低，并且双环戊二烯的凝聚点低，不适合低温使用。Blaiszik等研究了在环氧涂层中添加微胶囊对其力学性能的影响，通过超声波技术使微胶囊的尺寸下降到纳米级，并证明涂层添加微胶囊后的断裂韧性提高至59％。肖华进行了PVA改性尿醛树脂对聚α-烯烃的包覆研究。倪卓等以双酚A型环氧树脂为芯材，脲醛树脂为壁材通过原位聚合法制备了微胶囊，还制备了不同微胶囊含量的基体材料，用万能电子拉力机对这些材料进行拉伸实验。最终研究表明微胶囊含量越高，自修复率越高。

以上研制的材料具有多种问题，如制造工艺困难，无法在工业中广泛应用、材料的寿命和稳定性受限、价格较高、对涂层应用过程中的环境或基体材料对微胶囊物理性能的要求较高等。且目前研究的微胶囊的囊芯材料一般是单组分，即只针对有机涂层的修复。当涂层失效时，腐蚀介质会到达金属表面，引发金属的腐蚀。

发明内容

本发明的技术任务是针对现有自修复微胶囊囊芯材料是单组分，即只针对有机涂层进行修复的问题，发明了一种新型自修复微胶囊及其制备和应用方法。通过在囊芯材料中添加对金属具有缓蚀作用的物质，使微胶囊同时具有涂层修复和基体保护的作用。该材料可极大提高防护涂层的寿命，为有机涂层性能的提升提供了新的思路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

1、本发明提供一种自修复微胶囊，包括：囊壁材料、对有机涂层具有修复作用的涂层修复剂和对金属基体具有腐蚀抑制作用的缓蚀剂，涂层修复剂和缓蚀剂封装在囊壁材料内部；

当囊壁材料破损时，涂层修复剂和缓蚀剂可在压力差的作用下流出，对有机涂层进行修复，同时对金属基体进行保护。