CN104987793A - 一种光修复油性热塑性树脂涂层划痕的方法 - Google Patents

Abstract

一种光修复油性热塑性树脂涂层划痕的方法，涉及一种修复树脂涂层划痕的方法。本发明是要解决目前高分子涂层表面划伤后难以修复、影响美观、失去对基体材料保护能力以及埋植型自修复涂层制备复杂、成本高、无法对同一位置多次修复的技术问题。本发明：使用特定频率低功率激光照射光修复油性热塑性树脂涂层的划痕处；所述的油性热塑性树脂涂层是按以下步骤制备的：一、金纳米粒子的制备；二、涂层制备。本发明的优点：1、远程可操控性；2、广泛适用性；3、多次修复性；4、本发明用简单的方法大大提高了现有水性漆类材料使用寿命及性能，具有巨大的应用前景。

Description

一种光修复油性热塑性树脂涂层划痕的方法

技术领域

本发明涉及一种修复树脂涂层划痕的方法。

背景技术

涂层通常又被称作漆，在防腐、防锈、装饰等领域具有极大的应用空间。高分子涂层具有附着力强、耐化学腐蚀性好等特点，被广泛用于各行各业钢构件的防腐涂装，如海洋防腐、石油管道、大型机械、精密仪器、汽车外漆等。然而，磨损是人类生活中不可避免的现象，钢材在使用过程中，外部涂漆很容易受到损伤并出现划痕使钢材料外露，丧失对钢材的保护能力。在防腐涂层广泛应用的前提下，全球每年因腐蚀而造成的损失近3000亿美元，其中很大一部分就是由于涂层受损失效造成的。鉴于现有高分子涂层材料的强度很难有效提高，对它的修复手段格外重要。

自从美国军方在1986年首先提出具有自我诊断、自修复功能的智能复合材料这一概念以来，自修复技术正受到越来多的关注，具有巨大的发展潜力。目前自修复体系可分为埋植型自修复体系和本征型自修复体系。其中，埋植型自修复体系是利用空心管道、微胶囊等方式埋置修复剂于聚合物基体中构建自修复体系；本征型自修复体系则是利用聚合物自身的化学结构特性，在外界刺激下使损伤自动愈合。

在自修复材料中，自修复涂层类材料由于可以长期有效保护基底材料，防止其被磨损、划伤或腐蚀而受到格外的关注。将自修复聚合物用于保护涂层可以克服传统漆类材料划损后便失去保护能力的缺点，大大降低腐蚀带来的损失。自从Cho及其团队首次通过埋植微胶囊实现薄膜自修复以来，科研工作者们利用微胶囊相继开发出了自修复涂层。然而，这类埋植型自修复涂层通常制备过程十分复杂，且对同一位置无法进行多次修复。相对于埋植型自修复体系，本征型自修复体系为达到自修复功能虽然需要一定的外界刺激，但其中光刺激手段由于其独一无二的远程激活及空间控制特性具有极大的优势。

近年来，科研工作者们发现了金纳米粒子的光热效应。当金纳米粒子和入射光波相互作用时，将发生表面等离子体共振，整个金纳米粒子的电子气团随电磁场的波动而震荡，从而引起内部晶格的共振，并获得大量热能，即所谓的金纳米粒子的光热效应。与此同时，金纳米粒子的光热转化效应具有光热转换效率高、远程操控和空间选择性等无可比拟的优势，可对周围几百纳米的范围进行加热。

发明内容

本发明是要解决目前高分子涂层表面划伤后难以修复、影响美观、失去对基体材料保护能力以及埋植型自修复涂层制备复杂、成本高、无法对同一位置多次修复的技术问题，而提供一种光修复油性热塑性树脂涂层划痕的方法。

本发明的一种光修复油性热塑性树脂涂层划痕的方法是按以下步骤进行：

使用激光照射光修复油性热塑性树脂涂层的划痕处；所述的划痕宽度小于1mm；所述激光的光强500W/cm²～5000W/cm²；所述的激光的光斑直径大于划痕宽度的1.2倍并且小于划痕宽度的2倍；所述的激光的波长为480nm～610nm；

所述的油性热塑性树脂涂层是按以下步骤制备的：

一、金纳米粒子的制备：将340mg的四辛基溴化铵溶解于12mL的甲苯中，加入到装有5g质量分数为1wt％的HAuCl₄溶液的锥形瓶内，机械搅拌30min，得到混合液；将40mg～150mg的硼氢化钠溶解于7mL的水中，置于滴液漏斗中，在10min内均匀地滴入混合液中，在室温下机械搅拌2h，置于分液漏斗中，分离得到酒红色甲苯层，为金纳米粒子甲苯分散液；

二、涂层制备：将步骤一得到的金纳米粒子甲苯分散液与油性热塑性树脂均匀混合，在转速为300rpm的条件下搅拌3min，超声振荡30s，得到油性热塑性树脂；用喷涂法、刮刀涂布法或刮棒涂布法将油性热塑性树脂均匀涂布于基底材料上，在温度为高于油性热塑性树脂中沸点最高的溶剂的沸点5℃的条件下加热30min，冷却至室温，得到油性热塑性树脂涂层；所述的步骤一得到的球形金纳米粒子溶液与油性热塑性树脂的质量比为1:(20～160)。

本发明的优点：

1、远程操控性：由于金纳米粒子生热是通过光源刺激，所以本发明可以对对材料远程加热，能够实现远程控制，对空间特定部位进行加热，而不对其它部位产生影响，这对于在特别工作环境下修复或制备材料有着重大的意义；

2、广泛适用性：本发明由于其只需要将很少量的金纳米粒子掺杂在油性热塑性树脂里即可，因此其还具有广泛使用性，本发明可直接利用金纳米粒子溶液对现有水性热塑性树脂漆进行改性，方便操作，几乎可以修复所有的油性热塑性树脂涂层，其修复范围及选择性是普通光修复树脂所无法企及的，并且划痕填补率达到95％以上；

3、多次修复性：基于光热的原理金纳米粒子可以反复激发生热，所以本发明光热修复还具有多次修复性，其可以反复修复同一受损区域，这是以往的埋植型自修复体系所无法完成的；

4、本发明用简单的方法大大提高了现有水性漆类材料使用寿命及性能，具有巨大的应用前景，仅在钢板保护领域，就可作为机械构件保护用漆、水下管道保护用漆、汽车外漆等，用激光照射即可使划痕愈合，让汽车重现光洁的外观。在海底管道防护涂层的应用中，本发明的油性热塑性树脂涂层也有巨大的应用价值，海底环境高盐、高压、低温，极其恶劣，如普通管道涂层受到损伤几乎无法修补，如将本发明的油性热塑性树脂涂层应用于此领域，可最大限度利用光引发自修复的远程控制特性，使水下修复成为可能。另外，此自修复材料也可用于玻璃纤维增强复合材料的基底、高档家具的涂漆及高档树脂制品、手机外壳、屏幕涂层等的制作。

附图说明

图1是试验一步骤二得到的油性热塑性树脂涂层的实物图片，1是划痕，区域A是没有划痕的油性热塑性树脂涂层区域；

图2是正在使用激光照射光修复油性热塑性树脂涂层的划痕处的实物图，1是划痕，区域A是没有划痕的油性热塑性树脂涂层区域，2是激光；

图3是试验一使用激光照射光修复油性热塑性树脂涂层的划痕处后的实物图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式为一种光修复油性热塑性树脂涂层划痕的方法，具体是按以下步骤进行：

使用激光照射光修复油性热塑性树脂涂层的划痕处；所述的划痕宽度小于1mm；所述激光的光强500W/cm²～5000W/cm²；所述的激光的光斑直径大于划痕宽度的1.2倍并且小于划痕宽度的2倍；所述的激光的波长为480nm～610nm；

所述的油性热塑性树脂涂层是按以下步骤制备的：

一、金纳米粒子的制备：将340mg的四辛基溴化铵溶解于12mL的甲苯中，加入到装有5g质量分数为1wt％的HAuCl₄溶液的锥形瓶内，机械搅拌30min，得到混合液；将40mg～150mg的硼氢化钠溶解于7mL的水中，置于滴液漏斗中，在10min内均匀地滴入混合液中，在室温下机械搅拌2h，置于分液漏斗中，分离得到酒红色甲苯层，为金纳米粒子甲苯分散液；

二、涂层制备：将步骤一得到的金纳米粒子甲苯分散液与油性热塑性树脂均匀混合，在转速为300rpm的条件下搅拌3min，超声振荡30s，得到油性热塑性树脂；用喷涂法、刮刀涂布法或刮棒涂布法将油性热塑性树脂均匀涂布于基底材料上，在温度为高于油性热塑性树脂中沸点最高的溶剂的沸点5℃的条件下加热30min，冷却至室温，得到油性热塑性树脂涂层；所述的步骤一得到的球形金纳米粒子溶液与油性热塑性树脂的质量比为1:(20～160)。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述激光的光强1200W/cm²～3000W/cm²。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一至二之一不同的是:所述的激光的波长为530nm。其它与具体实施方式一至二之一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中将100mg的硼氢化钠溶解于7mL的水中。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中所述的油性热塑性树脂为丙烯酸树脂。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中所述的步骤一得到的球形金纳米粒子溶液与油性热塑性树脂的质量比为1:(50～100)。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中所述的油性热塑性树脂的玻璃化转变温度为50℃～200℃。其它与具体实施方式一至六之一相同。

采用下述试验验证本发明效果：

试验一：本试验为一种光修复油性热塑性树脂涂层划痕的方法，具体是按以下步骤进行：

使用激光照射光修复油性热塑性树脂涂层的划痕处；所述的划痕宽度为0.5mm；所述激光的光强1300W/cm²；所述的激光的光斑直径为划痕宽度的1.2倍；所述的油性热塑性树脂涂层厚度大于0.05mm；所述的激光的波长为530nm；

所述的油性热塑性树脂涂层是按以下步骤制备的：

一、金纳米粒子的制备：将340mg的四辛基溴化铵溶解于12mL的甲苯中，加入到装有5g质量分数为1wt％的HAuCl₄溶液的锥形瓶内，机械搅拌30min，得到混合液；将40mg～150mg的硼氢化钠溶解于7mL的水中，置于滴液漏斗中，在10min内均匀地滴入混合液中，在室温下机械搅拌2h，置于分液漏斗中，分离得到酒红色甲苯层，为金纳米粒子甲苯分散液；

二、涂层制备：将步骤一得到的金纳米粒子甲苯分散液与油性热塑性树脂均匀混合，在转速为300rpm的条件下搅拌3min，超声振荡30s，得到油性热塑性树脂；用喷涂法、刮刀涂布法或刮棒涂布法将油性热塑性树脂均匀涂布于基底材料上，在温度为高于油性热塑性树脂中沸点最高的溶剂的沸点5℃的条件下加热30min，冷却至室温，得到油性热塑性树脂涂层；所述的步骤一得到的球形金纳米粒子溶液与油性热塑性树脂的质量比为1:80。

步骤二中所述的油性热塑性树脂为丙烯酸树脂。

图1是试验一步骤二得到的油性热塑性树脂涂层的实物图片，1是划痕，区域A是没有划痕的油性热塑性树脂涂层区域；

图2是正在使用激光照射光修复油性热塑性树脂涂层的划痕处的实物图，1是划痕，区域A是没有划痕的油性热塑性树脂涂层区域，2是激光；

图3是试验一使用激光照射光修复油性热塑性树脂涂层的划痕处后的实物图。

从图1-图3可以看出本试验的光修复油性热塑性树脂涂层划痕的方法对空间特定部位进行加热，而不对其它部位产生影响，方便操作，对于划痕处理得效果优良，划痕填补率达到95％以上。

Claims (7)

1.一种光修复油性热塑性树脂涂层划痕的方法，其特征在于光修复油性热塑性树脂涂层划痕的方法是按以下步骤进行：

使用激光照射光修复油性热塑性树脂涂层的划痕处；所述的划痕宽度小于1mm；所述激光的光强500W/cm²～5000W/cm²；所述的激光的光斑直径大于划痕宽度的1.2倍并且小于划痕宽度的2倍；所述的激光的波长为480nm～610nm；

所述的油性热塑性树脂涂层是按以下步骤制备的：

一、金纳米粒子的制备：将340mg的四辛基溴化铵溶解于12mL的甲苯中，加入到装有5g质量分数为1wt％的HAuCl₄溶液的锥形瓶内，机械搅拌30min，得到混合液；将40mg～150mg的硼氢化钠溶解于7mL的水中，置于滴液漏斗中，在10min内均匀地滴入混合液中，在室温下机械搅拌2h，置于分液漏斗中，分离得到酒红色甲苯层，为金纳米粒子甲苯分散液；

二、涂层制备：将步骤一得到的金纳米粒子甲苯分散液与油性热塑性树脂均匀混合，在转速为300rpm的条件下搅拌3min，超声振荡30s，得到油性热塑性树脂；用喷涂法、刮刀涂布法或刮棒涂布法将油性热塑性树脂均匀涂布于基底材料上，在温度为高于油性热塑性树脂中沸点最高的溶剂的沸点5℃的条件下加热30min，冷却至室温，得到油性热塑性树脂涂层；所述的步骤一得到的球形金纳米粒子溶液与油性热塑性树脂的质量比为1:(20～160)。

2.根据权利要求1所述的一种光修复油性热塑性树脂涂层划痕的方法，其特征在于所述激光的光强1200W/cm²～3000W/cm²。

3.根据权利要求1所述的一种光修复油性热塑性树脂涂层划痕的方法，其特征在于所述的激光的波长为510nm～540nm。

4.根据权利要求1所述的一种光修复油性热塑性树脂涂层划痕的方法，其特征在于步骤一中将100mg的硼氢化钠溶解于7mL的水中。

5.根据权利要求1所述的一种光修复油性热塑性树脂涂层划痕的方法，其特征在于步骤二中所述的油性热塑性树脂为聚氨酯。

6.根据权利要求1所述的一种光修复油性热塑性树脂涂层划痕的方法，其特征在于步骤二中所述的步骤一得到的球形金纳米粒子溶液与油性热塑性树脂的质量比为1:(50～100)。

7.根据权利要求1所述的一种光修复油性热塑性树脂涂层划痕的方法，其特征在于步骤二中所述的油性热塑性树脂的玻璃化转变温度为50℃～200℃。