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摘要：本文介紹了一種壓痕可修復(fù)熱固性粉末涂料的制備及修復(fù)方法。在現(xiàn)有聚酯樹脂體系為基礎(chǔ)，研究了粉末涂層的熱修復(fù)性能，在借助一定外力的條件下，僅限于塑形修復(fù)。

 

關(guān)鍵詞：可修復(fù)熱固性粉末涂料   聚酯樹脂 粉末涂層

 

引言

 

粉末涂料在我國(guó)發(fā)展已有幾十年的歷史，由初期的家電領(lǐng)域涂裝迅速擴(kuò)展到交通設(shè)施、機(jī)械、建筑、石油化工、電子電器、航空航天等幾十個(gè)金屬非金屬行業(yè)，市場(chǎng)前景非常廣闊。

 

熱固性粉末涂料不僅性能卓越、效費(fèi)比優(yōu)異，同時(shí)也較其他類別涂料更加環(huán)保。但是缺點(diǎn)同樣也很明顯，因其交聯(lián)固化的性質(zhì)決定了涂層遇到損傷無(wú)法彌補(bǔ)，造成永久性缺陷，影響防護(hù)性能及裝飾性。

基于這個(gè)初衷我們研發(fā)了一款通過(guò)加熱涂層，表觀可恢復(fù)至原始狀態(tài)，并且可重復(fù)、多種修復(fù)方式的自修復(fù)粉末涂料。

 

自修復(fù)(Self-Healing)/自愈合，即源于醫(yī)學(xué)和生物學(xué)的自愈合能力，將其用于材料科學(xué)具有仿生的含義。Self-Healing即自修復(fù)涂料包含更廣泛的內(nèi)涵，即涂層產(chǎn)生裂痕后能自動(dòng)修復(fù)裂痕。根據(jù)文獻(xiàn)資料自修復(fù)涂料(self-healing coatings)是20世紀(jì)90年代提出來(lái)的一種智能涂料的名稱，指涂層遭到破壞后具有自修復(fù)功能，或在一定條件下具有自修復(fù)功能的有機(jī)化合物涂料。

 

依靠涂層本身流動(dòng)和物體力學(xué)的形變，并能形成化學(xué)鍵或物理作用，自動(dòng)將劃痕縫隙修復(fù)，成為本征修復(fù)型。因此，自修復(fù)涂料不需要加入特定的修復(fù)試劑，也不限于某一種損壞。利用高分子物理學(xué)中的高聚物推遲彈性的概念，制

備自修復(fù)涂料。其原理是當(dāng)溫度高于樹脂(或樹脂中某一組分)的玻璃化溫度或高于黏流溫度時(shí)，樹脂發(fā)生流動(dòng)，溫度降低時(shí)獲得必需的涂膜性質(zhì)。此類涂料行業(yè)通常稱之為熱修復(fù)涂料或記憶涂層，見圖1。

 

本文針對(duì)戶外聚酯型可修復(fù)(記憶)涂層的物理性能進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

 

1、實(shí)驗(yàn)

 

1.1實(shí)驗(yàn)原料

 

聚酯樹脂：SJ4#E 工業(yè)品，市售；固化劑：TGIC,工業(yè)品，市售；流平劑 ：GLP588，工業(yè)品，市售；砂紋劑：工業(yè)品，市售；鈦白粉：R902，市售；BaSO4:工業(yè)品，市售；助劑：工業(yè)品，定制。

 

1.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程

 

1.2.1實(shí)驗(yàn)配方

 

配方所用原料及用量見表1。

 

1.2.2 預(yù)混合

 

按表1配方稱好的原材料放入高速實(shí)驗(yàn)攪拌鍋(自制，轉(zhuǎn)速90 r/min)預(yù)混5分鐘得到均勻分散的預(yù)混料。

 

1.2.3 擠出壓片

 

設(shè)定擠出機(jī)(煙臺(tái)杰程TSK22實(shí)驗(yàn)擠出機(jī))參數(shù)見表2，

 

 

達(dá)到工藝條件開啟壓輥、喂料器，收集擠出的料片冷卻30分鐘以上。留意擠出溫度的變化及物料是否均勻連續(xù)擠出。

 

 

1.2.4 料片研磨

 

磨粉機(jī)(煙臺(tái)東源U2型磨粉機(jī))，設(shè)定參數(shù)如：表4后進(jìn)行研磨，得到d50為38μm粉末，符合粒徑要求。

 

 

1.2.5底 材處理、噴涂、烘烤

 

底材選用冷軋馬口鐵12 cm×6.5 cm×0.8 cm，使用氧化鋁耐水砂紙400#進(jìn)行表面打磨，壓縮空氣吹掉表層砂礫灰塵，丙酮擦拭表面后清水沖洗，在180℃實(shí)驗(yàn)電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱烘烤5分鐘使其板材表面干燥。

 

取樣粉放入逸飛實(shí)驗(yàn)噴槍粉斗，設(shè)定氣壓0.4Mpa，電壓60kV，噴涂后使用實(shí)驗(yàn)電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱(上海雙彪101(1)型，精度±2℃)在設(shè)定的溫度和時(shí)間：10 min @ 200 ℃進(jìn)行固化，得到的樣板進(jìn)行檢測(cè)。

 

工藝：馬口鐵→砂紙打磨→氣槍吹凈→丙酮擦拭→清水沖洗→噴涂→固化

 

2、結(jié)果與討論

 

涂層性能測(cè)試結(jié)果見表4。

 

 

熱修復(fù)測(cè)試結(jié)果見圖2、圖3。將樣板經(jīng)過(guò)30 s@200 ℃加熱后，涂層壓痕恢復(fù)，恢復(fù)后重復(fù)壓痕，并進(jìn)行第二次100℃熱水浸泡，壓痕。

 

 

3、結(jié)語(yǔ)

 

通過(guò)以上檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)自修復(fù)涂料常規(guī)性能基本滿足使用需求，鉛筆硬度檢測(cè)低于常規(guī)產(chǎn)品，造成易損傷，修復(fù)能力僅局限于塑性變形，對(duì)于內(nèi)聚破壞型的修復(fù)幾乎無(wú)法完成，因?yàn)橥繉臃肿渔湐嗔?，配方中沒(méi)有能夠重新進(jìn)行反應(yīng)的物質(zhì)，解決方法可以考慮微膠囊技術(shù)，引入微膠囊形成愈合劑及引發(fā)劑，當(dāng)有裂痕擴(kuò)展時(shí)，嵌在其中的微膠囊被撕裂，愈合劑通過(guò)毛細(xì)管作用釋放到受損區(qū)域，遇到催化劑便會(huì)產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，從而將裂縫處粘合修補(bǔ)好。這種方法還要對(duì)樹脂、膠囊、修復(fù)方式進(jìn)行重新設(shè)計(jì)研發(fā)，如輻射、電阻、微波、磁敏、過(guò)氧化物、引發(fā)劑、可逆反應(yīng)等方式，但是他們的優(yōu)缺點(diǎn)依然很明顯。

 

目前熱固性粉末涂料自修復(fù)技術(shù)尚不成熟，需要借助涂料以外的外力進(jìn)行一定的反應(yīng)才能修復(fù)涂層，嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)不能算自修復(fù)。實(shí)際應(yīng)用意義不大，需要對(duì)材料、修復(fù)方式進(jìn)行重新論證。從材料本身來(lái)說(shuō)持久簡(jiǎn)單的自修復(fù)粉末涂料并不容易完成，因?yàn)榉勰┩苛瞎袒^(guò)程本身是不可逆的，固化完成后涂層也就終止反應(yīng)。

 

通過(guò)對(duì)涂層自修復(fù)技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，目前依賴單一技術(shù)實(shí)現(xiàn)的涂層自修復(fù)仍存在不同程度的缺點(diǎn)，限制了涂層自修復(fù)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。將多種自修復(fù)技術(shù)配合使用將成為自修復(fù)涂層的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)調(diào)控多機(jī)制間的有序表達(dá)和高效協(xié)同，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大尺寸裂痕的反復(fù)修復(fù)，構(gòu)建長(zhǎng)效智能涂層體系，這對(duì)于延長(zhǎng)涂層的服役時(shí)間、降低維護(hù)成本具有前瞻性的意義。

 

來(lái)源：2023粉末涂料與涂裝第一期

 

作者： 文 / 史強(qiáng)強(qiáng) 汪家軍 胡純杰 ( 山東港德新材料科技有限公司 )