金屬防腐自修復(fù)涂料的重要性金屬處于不穩(wěn)定狀態(tài)會(huì)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，在金屬表面涂覆防腐涂層是目前普遍采取的措施，但受各種環(huán)境因素或者涂層自身性能的影響，涂層表面難免會(huì)出現(xiàn)一些細(xì)小的肉眼看不到的微裂紋，這些微裂紋暴露在空氣中會(huì)不斷蔓延擴(kuò)大，造成涂層從基材上剝離而降低涂層的保護(hù)壽命。受生物系統(tǒng)的啟發(fā)，具有一定自修復(fù)能力的智能型涂料得到了學(xué)術(shù)界以及工業(yè)界的廣泛關(guān)注。

2015年7月，英國(guó)劍橋大學(xué)先進(jìn)制造學(xué)院負(fù)責(zé)人RonanDaly博士發(fā)表了題為“自我修復(fù)涂料智能涂料－材料的未來(lái)”的講話。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等統(tǒng)計(jì)，自20世紀(jì)80年代到2015年期間，關(guān)于自修復(fù)保護(hù)涂料的文獻(xiàn)報(bào)道就有542篇，2010—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)，自修復(fù)涂料的研究在亞洲和歐洲較為廣泛，其中尤以德國(guó)研究更多。按照自修復(fù)機(jī)理的不同可以將金屬防腐自修復(fù)涂料分為微膠囊型自修復(fù)涂料、高聚物型自修復(fù)涂料和負(fù)載緩蝕劑型自修復(fù)涂料。

微膠囊型自修復(fù)涂料

利用微膠囊型技術(shù)原理制備自修復(fù)防腐涂料的方法得到了廣泛的研究。研究者采用不同的合成方法，選用各種修復(fù)試劑制備了自修復(fù)防腐涂料。Cotting等以辛基硅醇和三價(jià)鈰離子為核材料，制備了聚苯乙烯微膠囊，然后將微膠囊摻雜到環(huán)氧樹(shù)脂中制備了自修復(fù)環(huán)氧涂料。采用電化學(xué)阻抗譜(EIS)、掃描振動(dòng)電極技術(shù)(SVET)和鹽霧室(SSC)的加速腐蝕試驗(yàn)研究了該體系的自修復(fù)效果。對(duì)于具有人工缺陷的樣品，在0.05mol/LNaCl溶液中浸泡120h后，由于抑制劑的釋放，微膠囊配方涂層的性能優(yōu)于未經(jīng)微膠囊配制的涂層。SVET結(jié)果與EIS結(jié)果吻合良好，顯示了涂層樣品中人工缺陷的腐蝕抑制，表現(xiàn)出了顯著的自愈效應(yīng)。鹽霧室中的加速試驗(yàn)表明，在暴露144h后，用含有抑制劑的微膠囊配制的涂層，腐蝕產(chǎn)物和擦傷周?chē)钠鹋菪暂^小。有研究報(bào)道采用原位聚合法制備了含修復(fù)劑的微膠囊自修復(fù)環(huán)氧防腐涂料，對(duì)涂層的防腐以及自修復(fù)效果進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，微膠囊破碎后，裂紋得到了有效的愈合。

高聚物型自修復(fù)防腐涂料

用于高聚物型自修復(fù)防腐涂料的高聚物包括熱固性聚合物、熱塑性聚合物、彈性體、形狀記憶性聚合物、超分子聚合物、復(fù)合聚合物等。高聚物型自修復(fù)防腐涂料的修復(fù)機(jī)理主要是利用特定結(jié)構(gòu)元素的可逆性，利用這些聚合物分子結(jié)構(gòu)中的可逆共價(jià)鍵或者弱的非共價(jià)鍵相互作用來(lái)達(dá)到自修復(fù)的目的。Natascha等利用Diels－Alder反應(yīng)研究了基于可逆共價(jià)鍵的自 修 復(fù) 涂 料，Diels－Alder反應(yīng)實(shí)際上是共軛雙烯烴和親雙烯烴的環(huán)加成反應(yīng)。采用電鏡掃描的方法記錄利用可逆反應(yīng)機(jī)理對(duì)涂層的自修復(fù)過(guò)程，。從圖可以看到，出現(xiàn)劃痕的涂膜經(jīng)過(guò)加熱后劃痕消失重新恢復(fù)成了完整的涂膜，實(shí)現(xiàn)了自修復(fù)的目的。利用超分子相互作用的原理研究了自修復(fù)聚合物涂料。超分子是指由2種或2種以上分子依靠分子間相互作用結(jié)合在一起，形成復(fù)雜的、有組織的聚集體。超分子分子間的作用力是非共價(jià)鍵形式，包括靜電作用、范德華力、氫鍵、π－π鍵等。盡管π－π鍵之間的相互堆積的作用力比離子鍵或氫東繼蓮等:金屬防腐自修復(fù)涂料的發(fā)展。

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，但因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，它們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東繼蓮等:金屬防腐自修復(fù)涂料的發(fā)展是相當(dāng)困難的。為了解決這一問(wèn)題，許多學(xué)者設(shè)計(jì)出了一系列的解決方法。

將緩蝕劑負(fù)載到多孔結(jié)構(gòu)的材料中，然后再加入到樹(shù)脂中制備的自修復(fù)涂料解決了微膠囊型自修復(fù)涂料復(fù)雜的生產(chǎn)和施工過(guò)程以及高聚物型自修復(fù)涂料機(jī)械性能弱的問(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，因此在修復(fù)過(guò)程中快速釋放緩蝕劑才能達(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，這種方法引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛興趣。但是距離像生物一樣理想的自修復(fù)防腐涂料還有一定的差距。自修復(fù)防腐涂料未來(lái)將向以下幾方面發(fā)展。

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)或者使用過(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°C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(zhuān)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(shù)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)。

文章來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)。