CN102076790B - 具有自愈合表层、自愈合漆的构件或者具有自愈合特性的涂装粉末 - Google Patents

具有自愈合表层、自愈合漆的构件或者具有自愈合特性的涂装粉末 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有自愈合表层(20)或者自愈合漆(21)的构件(19)或者一种涂装粉末。按照本发明规定，所述自愈合是通过一种被封闭在罩有外壳的颗粒(12)中的反应物质(15)加以保证的。只有漆层被损坏(21)，才会导致外壳(14)优选在催化材料(16)的影响下发生破裂，从而使被封闭的漆液(15)可以流出。在紫外光的影响下，所述漆液完全硬化且封闭所出现的裂纹(21)。

Description

具有自愈合表层、自愈合漆的构件或者具有自愈合特性的涂装粉末
技术领域
本发明涉及一种具有自愈合表层的构件，在所述自愈合表层的内部，散布着反应物质，所述反应物质的化学成分相当于表层材料的前体，其中这种前体在由于表面损坏而被暴露的情况下，可自发地转换成表层的原料。此外，本发明还涉及一种具有溶剂和涂层材料的自愈合漆。在所述漆中散布着反应物质，所述反应物质的化学成分相当于涂层材料的前体，其中这种前体在被暴露的情况下，也可自发地转换成涂层材料的原料。最后，本发明还涉及一种涂装粉末，所述涂装粉末包含由涂层材料组成的颗粒。在所述粉末中也散布着反应物质，所述反应物质的化学成分相当于涂层材料的前体，其中这种前体在被暴露的情况下，自发地转换成涂层材料的原料。
背景技术
在某种条件下，使涂层材料的前体自发地转换为涂层材料本身，按照现有技术被用于确保涂层或者涂层材料的自愈合特性。这种自愈合涂层或者为此所使用的涂层材料(漆)，例如从EP355028A1中得知。在此涉及的是使用寿命在大气条件下可以被延长的瓦片的涂装。所述瓦片的底漆层为此含有一种芳香酮，所述芳香酮在紫外线照射时或者在太阳光的影响下，使底漆层发生聚合，并且因此通过自发重新形成化合物而使机械缺陷愈合。所述自发，结合该发明应该被理解成，自愈合过程不是通过例如按照人员监控的控制过程的外部影响进行的，而是在表层的发生位置的外界环境，例如环境的气候条件中，由于表层的特性以及环境条件而自动地进行的。自愈合过程的控制，优选由紫外线照射(太阳光照射)承担，其中所述紫外线照射的剂量，可不受影响，而更加取决于使用地区的气候条件。因此，地中海地区国家的太阳的照射量，例如平均较高，而降水量则低于例如北部的国家。因此，漆的自愈合参数的调节，被作为问题提出。
按照现有技术的另一种自愈合漆系统，因此摒弃了涂层中的活性成分，而仅仅应用涂层在完全硬化之后物理上残余的流动性，使例如所产生的刮痕重新愈合。此外，这种漆的最外层，是建立在聚氨酯混合物基础上的。如果这种所谓的PUR漆例如由于太阳光入射而发热，漆层发生流动，本身的损坏由此被整平。为此所需要的相对较高的涂层的流动性，则是以较低的聚合密度为前提条件的。这在一些使用场合会导致机械稳定性不足，所述不足的机械稳定性不能满足例如有关抗刮伤或者耐化学腐蚀方面的汽车使用要求。
发明内容
因此本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有自愈合特性的涂层系统或者用于生成这种涂层的成分，它们一方面确保涂层可承受较高的应力(例如耐刮强度)，另一方面提供一种精确调节的自发的自愈合效果。
该技术问题在本文开头所述的构件或者自愈合漆或者涂装粉末中这样加以解决，即，使包含在涂层材料中的反应物质构成罩有外壳的颗粒的核心，其中所述外壳由一种可氧化物质组成。按照本发明的设想因此提出，负责自愈合的反应物质以一种所谓的核壳结构(Core-Shell-Struktur)供使用，从而使提供原料供引起自愈合的反应使用的反应物质，在被需要采用之前，可以受到保护地保持不变。只要由可氧化物质组成的外壳能给予这种保护，罩有外壳的颗粒就能完全地封闭在涂层中。这可以通过使所述罩有外壳的颗粒的涂层是一种氧化保护层实现的。
但是一旦涂层被损坏，并且罩有外壳的颗粒被暴露出来，则所述罩有外壳的颗粒此外还将遭遇空气中的氧气。在气候条件(太阳光、热)的影响下，外壳的可氧化物质随即发生氧化，由此使该外壳破裂并且使反应物质被释放。这种反应物质可以例如由漆液组成，所述漆液具有涂层的成分并且在环境条件(太阳光、热)下例如完全硬化。以此方式可以至少局部地对涂层的损坏位置加以填补，并且以此方法进一步确保对构件的保护。
本发明的下列特别的扩展设计，同样涉及按照本发明的构件、按照本发明的自愈合漆和按照本发明的涂装粉末。例如可以有利地在颗粒外壳的表面，堆积一种可光激活的或者可热激活的催化材料，所述催化材料在被激活的情况下，会对外壳的可氧化物质的氧化起促进作用。因此，可以在例如地球上的北部地区，即太阳光的照射，不足以充分快速地氧化罩有外壳的颗粒的可氧化外壳，因而不能完全消除涂层构件损坏处的地方，有利地采用自愈合的涂层系统。催化材料加速了可氧化物质的氧化，从而使愈合能够有利地快速地发生。可以考虑将例如氧化钛、氧化锌或者锌氧化铟作为可光激活和/或可热激活的物质。这些材料具有下列特性，即，基于其催化作用，可氧化物质的氧化可通过光或热开始进行或者被加速。尤其被氧化钛催化激活的颗粒，会由于空气中的湿气而产生氧基和氢氧化基，所述氧基和氢氧化基导致了颗粒外壳的反应物质的加速氧化。当然，颗粒的外壳也可能因为涂层的严重损坏而被机械地破坏，这将产生另外的优点，即，自愈合过程会立即开始进行，从而当涂层被严重损坏时，也能够提供自愈合特性的最大潜能供使用。
作为替代方式，还可以在颗粒的核心充填一种可光激活的或者可热激活的催化材料。在所述催化材料被激活的情况下，以已述的方式对外壳的可氧化物质的氧化起促进作用。在采用可光激活的催化材料的情况下，要注意，外壳的反应物质和可氧化物质在这种情况下，对于具有用于激活可光激活材料的波长的电磁射线必须是可透过的。因为只有这样，可光激活的催化材料在罩有外壳的颗粒仍处于封闭状态时可以被激活，并且以此对外壳的氧化起促进作用。
另一种替代方案规定，由可光激活或者可热激活的材料组成的催化剂颗粒被散布在产品中。这些催化剂颗粒在由于涂层损坏而被激活的情况下，对外壳的可氧化物质的氧化起了促进作用。为此，要求，在涂层中均匀地分布着罩有外壳的颗粒以及催化剂颗粒。只有这样才能确保，涂层的局部损坏，不但会暴露出罩有外壳的颗粒而且会暴露出催化剂颗粒，并且催化剂颗粒可以以此发挥其功能。
此外，使反应物质由两种成分组成，也可以是有利的。这就是说，在涂层中，不但提供了一种成分的罩有外壳的颗粒，而且提供了另一种成分的罩有外壳的颗粒。一旦两种成分的颗粒由于涂层损坏而被打开(也就是外壳发生氧化破坏)，则两种成分在损坏位置发生混合。可以这样选取所述成分，即，使得通过混合经适当的反应能够生成涂层材料。本发明的这种方案具有下列优点，即，涂层材料的形成可以与外部能量(太阳光、热)无关地进行，并且可以以此方式尤其快速地愈合。可以采用例如多成分的聚氨酯漆系统。
当然，不一定非得把两种成分分别包含在不同的颗粒中，同时使这些颗粒混合地存在于涂层或者涂层材料中。也可以设想，使两种成分混合地存在于每个罩有外壳的颗粒中。但是在此只使用不供给激活能量就不会起反应的材料混合物。颗粒的外壳则将这种混合保持到起反应前，直至由于涂层损坏而发生该外壳的破裂并且可以加入激活能量为止。
例如由Capsulation Nanosience AG公司提供的一种被称作LBL工艺(注册商标)的处理方法，可被采用用于制造罩有外壳的颗粒。在这种工艺中，可以通过层状的结构(layer by layer，LBL)，提供具有核心和外壳的精密切割的颗粒供使用。外壳材料可以例如是生物相容的物质，它们在空气、氧气中，尤其在存在适当的催化材料，如氧化钛的情况下，被氧化破坏。
附图说明
下面根据附图对本发明其他的详情加以说明。相同或者相似的图上元件，分别设有相同的附图标记，并且只有在单张附图之间存在差异时，才加以多次说明。附图中：
图1至图3示出按照本发明设想的漆的实施例，
图4示出按照本发明设想的粉末的实施例，以及
图5至图8示出处于不同的自愈合阶段的按照本发明设想的构件的实施例。
具体实施方式
按照图1的自愈合漆11，散布着一侧罩有外壳的颗粒12和反应颗粒13。这些颗粒均匀分布地存在于所述漆中，因而产生上述颗粒的混合物。罩有外壳的颗粒在一侧具有由可氧化物质组成的外壳14和由反应物质组成的核心15。所述可氧化物质和反应物质具有上面已述的特性，即，只要以后已完全硬化的漆发生损坏，它们就发挥作用。
在按照图2的漆11中，仅仅散布着罩有外壳的颗粒12。在这种颗粒的核心15中，另外设有反应的颗粒13a。作为替代方式(未示出)，也可以设有多个反应的颗粒，尤其纳米颗粒。这些颗粒可以在核心15中重新形成散布。核心和外壳的材料对于具有用于激活反应颗粒的催化材料的波长的光是透明的。
在图3中，在漆11中使用了罩有外壳的颗粒12a、12b，在所述颗粒12a、12b中，反应物质16被当作岛状物分布在外壳14上。存在两种类型的罩有外壳的颗粒12a、12b，其中这些颗粒的区别在于，漆的各种不同的成分被作为核心15封闭在外壳14中。当罩有外壳的颗粒被破坏时，这些成分在从外壳14中流出以后被充分混合且能够完全硬化成漆。
在图4中，示意地示出了适合例如通过粉末涂装用于生成涂层的粉末17。这种粉末17具有罩有外壳的颗粒12a、12b，其功能与图3相似。罩有外壳的颗粒12a、12b的不同的核心15的两种成分，提供了一种二成分系统供使用，所述二成分系统生成一种至少与其余的粉末颗粒18相类似的涂层材料，所述涂层材料适合对通过粉末涂装而生成的涂层进行自愈合。催化材料只被设置在一种罩有外壳的颗粒12b上。这样就简化了罩有外壳的颗粒12a的制造，其中位于罩有外壳的颗粒12b上的催化材料16，还被采用于对颗粒12a的外壳14进行氧化。
图1至图4的实施形式，当然还可以采用其他未示出的组合。
在图5中示出经过具有自愈合表层20的构件19剖开示出的局部剖视图。所述表层20由已完全硬化且散布着罩有外壳的颗粒12的漆11组成。漆11由于裂纹21而被损坏，此时，露出了一个罩有外壳的颗粒12。现在构成裂纹表面局部的这个颗粒12的外壳14，载有催化材料16的岛状物，所述催化材料16，如图6所示出的那样，在紫外线的照射影响下，会引起外壳14的氧化且由此接着导致外壳14的破裂。这样，反应物质15可以从罩有外壳的颗粒12的核心中流出且流入裂纹21中。
如从图7所获知的那样，在紫外线的进一步照射影响下，反应物质15(漆液)完全硬化。在图8中可以看出，按照图5的裂纹21的大部分因此被重新封闭。还可以看出，缺少的质量不能完全实现自愈合，但是在此可以确保的是，构件19的表面22重新获得了保护。缩孔23或者残留的凹槽24，被称作涂层20中可能存在的缺陷处。

Claims (8)

1.一种具有自愈合表层(20)的构件，在所述自愈合表层(20)的内部，散布着用于自愈合反应的反应物质(15)，所述反应物质(15)的化学成分，相当于表层材料的前体，其中这种前体在由于表层(20)损坏而被暴露的情况下，可自发地转换成表层(20)的材料，其特征在于，用于自愈合反应的所述反应物质(15)构成罩有外壳的颗粒(12)的核心，其中所述外壳(14)由在大气条件下在空气中氧气的作用下可氧化破坏的物质组成。
2.一种具有溶剂和涂层材料的自愈合漆，其中在漆中散布着用于自愈合反应的反应物质(15)，所述反应物质(15)的化学成分相当于涂层材料的前体，其中这种前体在被暴露的情况下，可自发地转换成涂层材料的原料，其特征在于，用于自愈合反应的所述反应物质(15)构成罩有外壳的颗粒(12)的核心，其中所述外壳(14)由在大气条件下在空气中氧气的作用下可氧化破坏的物质组成。
3.一种具有由涂层材料组成的颗粒的涂装粉末，其中在所述粉末中分布着用于自愈合反应的反应物质(15)，所述反应物质(15)的化学成分相当于涂层材料的前体，其中这种前体在被暴露的情况下，可自发地转换成涂层材料的原料，其特征在于，用于自愈合反应的所述反应物质(15)构成罩有外壳的颗粒(12)的核心，其中所述外壳(14)由在大气条件下在空气中氧气的作用下可氧化破坏的物质组成。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的产品，其特征在于，在颗粒的外壳(14)的表面上，堆积了在大气条件下可光激活或者在大气条件下可热激活的催化材料(16)，所述催化材料(16)在被激活的情况下，对外壳(14)的可氧化破坏的物质的氧化起促进作用。
5.按照权利要求1至3中任一项所述的产品，其特征在于，在颗粒的核心中，充填了在大气条件下可光激活或者在大气条件下可热激活的催化材料，所述催化材料在被激活的情况下，对外壳(14)的可氧化破坏的物质的氧化起促进作用，其中在具有可光激活的催化材料的情况下，反应物质和可氧化破坏的物质对于具有用于激活可光激活的催化材料的波长的电磁射线是透过的。
6.按照权利要求1至3中任一项所述的产品，其特征在于，在所述产品中，散布着由在大气条件下可光激活的或者在大气条件下可热激活的材料组成的催化剂颗粒(13)，所述催化剂颗粒(13)在被激活的情况下，对外壳(14)的可氧化破坏的物质的氧化起促进作用。
7.按照上述权利要求中任一项所述的产品，其特征在于，反应物质由两种成份组成。
8.按照权利要求7所述的产品，其特征在于，所述两种成份分别被包含在不同的颗粒(15a，15b)中，并且这些颗粒(15a，15b)的混合物散布在所述产品中。
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