CN109971311B - 一种自修复、自润滑双功能型防腐涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自修复、自润滑双功能型防腐涂层及其制备方法，涉及智能涂层技术领域。该防腐涂层包含高分子树脂及负载在树脂中的自修复、自润滑双功能微胶囊。其中，所述双功能微胶囊以聚氨酯壁材，亚麻油为芯材，采用界面聚合法制得。制得的双功能微胶囊表面光滑平整，粒径分布窄，芯材含量高，化学结构稳定，热稳定性良好，与高分子树脂的兼容性好。本发明的自修复、自润滑双功能型防腐涂层可对受到的损伤及时做出响应，有效实现防腐涂层的自润滑和自修复，从而延长涂层的服役寿命。

Description

一种自修复、自润滑双功能型防腐涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及智能涂层技术领域，具体涉及一种自修复、自润滑双功能型防腐涂层及其制备方法。
背景技术
金属腐蚀遍及国民经济各个领域，器械设备每年因腐蚀报废而造成的直接经济损失约占GDP的1％～4％。为了防止和减缓腐蚀，人们研究了许多防腐方法。其中，最有效、最经济的防腐方法之一就是在金属表面涂覆高分子防腐涂层。但防腐涂层工作环境恶劣严酷，经常由于外力和老化作用发生开裂、破损从而失去防腐效果。
智能涂层是一种创新涂层，由于内置刺激响应机制，可以对外部环境的变化以可控的方式进行相应的反馈。自修复防腐涂层作为智能涂层的一个分支，能够模仿生命系统，在受到损伤时，释放修复物质，发生相应的物理化学反应，有效修复涂层的腐蚀保护功能，延长涂层的服役寿命。然而，即使是自修复涂层在应用过程中也只能对受损部位进行修复，而无法在受外部冲击时直接对表面破坏作用进行缓解。自润滑涂层本身具备润滑成分，在摩擦过程中嵌入基质的润滑成分释放出来，在摩擦界面形成物理吸附膜，可以减低摩擦界面间的摩擦力或其他形式的表面破坏作用并减少磨损。将自润滑功能与自修复功能结合起来，能弥补单一功能的不足，完善涂层并延长其服役寿命。因此，发展具有自修复和自润滑的双功能型防腐涂层具有重要的科研意义和应用价值。现有技术局限于只分别对自修复防腐涂层和自润滑涂层进行了相关研究，而并没有对同时具有自修复和自润滑的双功能防腐涂层进行过多探讨。
亚麻油除了由高度不饱和的非共轭体系赋予的优异的成膜性能外，还具有与润滑油相似的粘度和热稳定性，这使得亚麻油既可作为修复剂又可作为润滑剂。在本发明中，采用界面聚合法将亚麻油包封于聚氨酯壳内制得具有自修复与自润滑的双功能微胶囊，并将微胶囊掺入树脂中制备双功能涂层。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种自修复、自润滑双功能型防腐涂层及其制备方法，本发明提供的自修复、自润滑双功能型微胶囊及其制备方法简单，制备的微胶囊作为修复成分具有优异的修复效果，且应用于涂层当中提供了良好的自润滑性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种自修复、自润滑双功能型防腐涂层，所述防腐涂层包含高分子树脂和自修复、自润滑双功能微胶囊，将5-30wt％的自修复、自润滑双功能微胶囊分散至高分子树脂中，固化后得到自修复、自润滑双功能型防腐涂层。
一种自修复、自润滑双功能型防腐涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)将水和乳化剂混合，在室温下持续搅拌30-60min，搅拌速率为500-1500rpm；
(2)将多元醇溶于10份水中，得到多元醇水溶液；
(3)将异氰酸酯与溶剂混合，持续搅拌5-10min后加入亚麻油，继续搅拌5-10min，搅拌速率为500-1500rpm；
(4)将步骤(3)所得的混合溶液加入步骤(1)所得的乳化剂水溶液中，持续搅拌10min，搅拌速率为1000-3000rpm；
(5)在步骤(4)所得的混合溶液中缓慢滴加步骤(2)所得的多元醇水溶液，在40-80℃下恒温反应1-2.5h，搅拌速率为300-600rpm；
(6)将步骤(5)所得的微胶囊悬浮液多次洗涤、过滤、干燥后得到自修复、自润滑双功能型微胶囊；
(7)将自修复、自润滑双功能微胶囊分散至高分子树脂中，固化后得到自修复、自润滑双功能型防腐涂层。
优选地，以亚麻油为芯材，以异氰酸酯、多元醇为壁材，按重量份包括下列原料：水50-100份，亚麻油30-50份，溶剂20-40份，乳化剂20-40份，异氰酸酯5-10份，多元醇5-10份。
优选地，所述异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯三聚体、甲苯二异氰酸酯预聚体、二苯甲烷二异氰酸酯三聚体、六亚甲基二异氰酸酯三聚体中的一种或多种。
优选地，所述多元醇为乙二醇、聚乙二醇、三羟甲基丙烷中的一种或多种。
优选地，所述溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙二醇甲醚乙酸酯、甲苯、二甲苯中的一种或多种；所述乳化剂为阿拉伯树胶。
优选地，所述高分子树脂为环氧树脂。
本发明的优越性在于：采用本发明所述方法制备的自修复、自润滑双功能型防腐涂层，将含有具有修复剂与润滑剂功能的微胶囊应用于高分子树脂中，使涂层同时具有自修复和自润滑功能，既减低摩擦界面间的摩擦力或其他形式的表面破坏作用对涂层的伤害，又能修复涂层内部的微裂纹损伤，实现了自修复技术和自润滑技术的有效结合，从而延长了涂层的服役寿命。并且本发明的制备方法操作简单，成本低廉，所制备的微胶囊外观光滑，粒径可控性好，芯材含量高，化学结构稳定，热稳定性良好，与高分子树脂的兼容性好。
附图说明
图1为实施例1制备的自修复、自润滑双功能微胶囊的扫描电镜图片。
图2为涂有纯环氧树脂的钢板(左)和实施例1(中)与实施例2(右)所制备的试样的盐雾试验对比图。
图3为纯环氧树脂和实施例1、实施例2所提供的双功能涂层的摩擦系数-时间曲线附图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明做进一步的说明。
实施例1：
自修复、自润滑双功能微胶囊的按重量份计包括下列原料：水100份，亚麻油30份，溶剂20份，乳化剂20份，异氰酸酯5份，多元醇5份。
自修复、自润滑双功能微胶囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水和乳化剂混合，在室温下持续搅拌60min，搅拌速率为1000rpm；
(2)将多元醇溶于10份水中，得到多元醇水溶液；
(3)将异氰酸酯与溶剂混合，持续搅拌5min后加入亚麻油，继续搅拌5min，搅拌速率为500rpm；
(4)将步骤(3)所得的混合溶液加入步骤(1)所得的乳化剂水溶液中，持续搅拌10min，搅拌速率为1000rpm；
(5)在步骤(4)所得的混合溶液中缓慢滴加步骤(2)所得的多元醇水溶液，在50℃下恒温反应2h，搅拌速率为400rpm；
(6)将步骤(5)所得的微胶囊悬浮液多次洗涤、过滤、干燥后得到自修复、自润滑双功能型微胶囊。
自修复、自润滑双功能型防腐涂层选用的高分子树脂为环氧树脂，将10wt％的自修复、自润滑双功能微胶囊分散至环氧树脂中，加入固化剂，得到自修复、自润滑双功能型高分子涂料，将涂料涂覆于Q215钢板表面，固化后得到自修复、自润滑双功能型防腐涂层，涂层厚度约300μm。
实施例2：
自修复、自润滑双功能微胶囊的按重量份计包括下列原料：水100份，亚麻油30份，溶剂20份，乳化剂30份，异氰酸酯8份，多元醇5份。
自修复、自润滑双功能微胶囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水和乳化剂混合，在室温下持续搅拌60min，搅拌速率为1000rpm；
(2)将多元醇溶于10份水中，得到多元醇水溶液；
(3)将异氰酸酯与溶剂混合，持续搅拌5min后加入亚麻油，继续搅拌5min，搅拌速率为500rpm；
(4)将步骤(3)所得的混合溶液加入步骤(1)所得的乳化剂水溶液中，持续搅拌10min，搅拌速率为1500rpm；
(5)在步骤(4)所得的混合溶液中缓慢滴加步骤(2)所得的多元醇水溶液，在50℃下恒温反应2h，搅拌速率为400rpm；
(6)将步骤(5)所得的微胶囊悬浮液多次洗涤、过滤、干燥后得到自修复、自润滑双功能型微胶囊。
自修复、自润滑双功能型防腐涂层选用的高分子树脂为环氧树脂，将15wt％的自修复、自润滑双功能微胶囊分散至环氧树脂中，加入固化剂，得到自修复、自润滑双功能型高分子涂料，将涂料涂覆于Q215钢板表面，固化后得到自修复、自润滑双功能型防腐涂层，涂层厚度约300μm。
图1为实施例1制备的自修复、自润滑双功能微胶囊的扫描电镜图片。微胶囊呈规则的球形，表面光滑致密，没有孔洞缺陷，从破裂的微胶囊图片中可以观察到明显的核-壳结构。
自修复测试：
使用刀片将涂层划破至金属基体并在室温下放置24h，制得自修复试样，参考国家标准GB/T1771-2007《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》的要求，将制备的试样进行盐雾测试。由图2结果显示，盐雾测试336小时后，涂覆纯环氧树脂涂层的钢板试样的划伤区域全部出现锈蚀痕迹，而实施例1与实施例2的样品的划伤区域未观察到锈蚀痕迹，说明了本发明提供的自修复、自润滑双功能型防腐涂层能有效修复涂层的裂纹，具有优异的防腐性能。
自润滑测试：
通过在室温下对试样进行线性往复球-盘摩擦磨损测试来表征样品的自润滑性，观察样品的摩擦系数随时间的变化。由图3结果显示，实施例1与实施例2本发明提供的自修复、自润滑双功能型防腐涂层具有良好的自润滑效果，在环氧树脂涂层中加入自修复、自润滑双功能微胶囊能够有效降低涂层的摩擦系数，减低摩擦界面间的摩擦力等表面破坏作用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或简单替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种自修复、自润滑双功能型防腐涂层的制备方法，其特征在于：所述防腐涂层包含高分子树脂和自修复、自润滑双功能微胶囊，将5-30wt%的自修复、自润滑双功能微胶囊分散至高分子树脂中，固化后得到自修复、自润滑双功能型防腐涂层；包括如下步骤：
（1）将水和乳化剂混合，在室温下持续搅拌30-60min，搅拌速率为500-1500rpm；
（2）将多元醇溶于10份水中，得到多元醇水溶液；
（3）将异氰酸酯与溶剂混合，持续搅拌5-10min后加入亚麻油，继续搅拌5-10min，搅拌速率为500-1500rpm；
（4）将步骤（3）所得的混合溶液加入步骤（1）所得的乳化剂水溶液中，持续搅拌10min，搅拌速率为1000-3000rpm；
（5）在步骤（4）所得的混合溶液中缓慢滴加步骤（2）所得的多元醇水溶液，在40-80℃下恒温反应1-2.5h，搅拌速率为300-600rpm；
（6）将步骤（5）所得的微胶囊悬浮液多次洗涤、过滤、干燥后得到自修复、自润滑双功能型微胶囊；
（7）将自修复、自润滑双功能微胶囊分散至高分子树脂中，固化后得到自修复、自润滑双功能型防腐涂层；
所述亚麻油为芯材，以异氰酸酯、多元醇为壁材，按重量份包括下列原料：水50-100份，亚麻油30-50份，溶剂20-40份，乳化剂20-40份，异氰酸酯5-10份，多元醇5-10份；
所述异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯三聚体、甲苯二异氰酸酯预聚体、二苯甲烷二异氰酸酯三聚体、六亚甲基二异氰酸酯三聚体中的一种或多种；
所述多元醇为乙二醇、聚乙二醇、三羟甲基丙烷中的一种或多种；
所述溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙二醇甲醚乙酸酯、甲苯、二甲苯中的一种或多种；所述乳化剂为阿拉伯树胶。
2.根据权利要求1所述自修复、自润滑双功能型防腐涂层的制备方法，其特征在于：所述高分子树脂为环氧树脂。
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