0 前 言

所有的高裝飾性涂料在極端腐蝕性環(huán)境中應(yīng)用的重防腐涂層材料在受到外力損傷、劃傷或開裂時(shí)，具有一定的自修復(fù)能力，從而延長(zhǎng)其使用壽命，此是用戶和涂料供應(yīng)商長(zhǎng)期追求的目標(biāo)。

Self-Healing ，確切地講是自愈合，即源于醫(yī)學(xué)和生物的自愈合能力，將其用于材料科學(xué)具有仿生的含義。 Self-Repairing ，即自修復(fù)涂料包含更廣義的內(nèi)涵，即涂層產(chǎn)生裂縫后能自動(dòng)修復(fù)裂縫，防止腐蝕介質(zhì)的滲入并與腐蝕環(huán)境隔離，防止底材進(jìn)一步腐蝕 ; 或者能自動(dòng)修復(fù)劃痕，保持高裝飾性涂層表面的美觀及光學(xué)特征。

1 裝飾性涂料的耐劃傷性和自修復(fù)功能

高裝飾性的綜合性能表現(xiàn)在硬度、光澤、耐大氣老化、耐介質(zhì) ( 洗滌劑和酸雨 ) 等方面，汽車罩光漆和家具面漆還對(duì)耐劃傷性有極高的要求，因?yàn)樗鼈兊谋砻娼?jīng)常受到洗刷、機(jī)械磨損和劃傷。解決耐劃傷性歷來(lái)有兩條截然不同的技術(shù)途徑：一是提高涂層的硬度和耐磨性，其代表是高交聯(lián)密度的聚氨酯涂層和有機(jī)改性的硅氧烷涂層，但脆性和機(jī)械性能差 ; 二是柔韌的橡膠涂層，它們具有優(yōu)良的回彈性即自修復(fù)功能，然而其硬度和光澤難以滿足要求。

近十多年來(lái)，以 Bayer 材料科技和英國(guó) HMGPaints 為代表的科學(xué)家致力于自修復(fù)汽車罩光涂料相關(guān)課題的開發(fā)，即特殊分子結(jié)構(gòu)的丙烯酸聚氨酯，其關(guān)鍵在于保持較高 T g 即玻璃化溫度，在 60 ～ 70 ℃時(shí)仍具有一定的劃痕的“回流”特性即自修復(fù)功能的同時(shí)，仍滿足其他物理機(jī)械性能的要求。

2 重防腐領(lǐng)域使用的自修復(fù)涂料

自修復(fù)涂料的應(yīng)用范圍很廣，尤其是在需要長(zhǎng)壽命、難以維修保養(yǎng)的且處于嚴(yán)酷腐蝕環(huán)境的涂層。例如，風(fēng)能發(fā)電機(jī)的塔身、葉片 ( 歐洲每年維修費(fèi)用數(shù)億歐元 ) ，海洋鉆井平臺(tái)，高級(jí)游艇等。開發(fā)自修復(fù)涂料具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展空間，從 20 世紀(jì) 90 年代后期開始已成為歐美重點(diǎn)表面研發(fā)技術(shù)之一。

2.1 防腐蝕涂料的原理和自修復(fù)能力

涂料防腐蝕依靠屏蔽、金屬表面鈍化（如紅丹、鉻酸鹽及磷酸鹽等防腐顏料與金屬表面作用產(chǎn)生鈍化層）、富鋅涂料的犧牲陽(yáng)極以及緩蝕劑等基本原理。其中大多數(shù)防銹顏料一旦涂層開裂暴露出金屬底材后具有一定的自修復(fù)功能，防止腐蝕蔓延，如顏料釋放鉻酸鹽或磷酸根促使金屬表面鈍化，從而達(dá)到臨時(shí)性的保護(hù)。以高模數(shù)硅酸鉀 IC 53l 為代表的水性無(wú)機(jī)富鋅涂料也具有很好的自修復(fù)能力。當(dāng)進(jìn)行鹽霧實(shí)驗(yàn)時(shí)，十字劃線板可以觀察到腐蝕僅限于劃痕的 0.5 mm 之內(nèi)，腐蝕不會(huì)擴(kuò)展。但是涂層裂痕本身不能修復(fù)，難以達(dá)到長(zhǎng)期保護(hù)的目標(biāo)，所以，嚴(yán)格意義上講還不是真正的自修復(fù)涂料。

2.2 防腐蝕涂層的自修復(fù)原理

涂層自修復(fù)的核心是成膜物在涂層裂縫時(shí)能自動(dòng)流出、填充并固化后形成相對(duì)平整并有良好屏蔽性的修復(fù)涂層。

因此，作為成膜物的必要條件之一是與固化或交聯(lián)劑反應(yīng)前有一定的流動(dòng)性，通常是液體樹脂。例如，無(wú)溶劑多異氰酸酯預(yù)聚物、液體環(huán)氧、不飽和樹脂、環(huán)氧乙烯酯等。它們儲(chǔ)備在微膠囊或空心纖維中，與交聯(lián)劑相分離，同時(shí)不會(huì)對(duì)防腐涂層的物理機(jī)械性能帶來(lái)不利的影響。作為交聯(lián)劑的反應(yīng)物在涂層損傷之前必須與成膜物分離，并穩(wěn)定地存在于涂層之中，或來(lái)自于環(huán)境。至今為止，已試驗(yàn)過的成膜物體系包括以下幾類。

2.2.1 液體雙聚戍二烯—催化劑之間開環(huán)聚合反應(yīng)體系

最早在 20 世紀(jì) 90 年代中期由美國(guó) UIUC 大學(xué) Scott 等開發(fā)，他們的設(shè)計(jì)理念是將液體單體封裝在微膠囊中，然后分散在含催化劑的環(huán)氧基料中。一旦涂層破損微膠囊打開，愈合劑流出并與催化劑反應(yīng)成膜。相似的體系還有微膠囊的端羥基聚二甲基硅氧烷等室溫固化硅橡膠 RTV 分散在含有機(jī)錫催化劑的乙烯酯基料中體系 , 以及環(huán)氧丙烯酸—乙烯酯樹脂與引發(fā)劑分別微膠囊化后分散在環(huán)氧或乙烯酯涂層中。作為微膠囊包覆材料有多種選擇，如蠟、聚氨酯、脲醛等。在醫(yī)藥行業(yè)中微膠囊化的技術(shù)和工藝已相當(dāng)成熟。

2.2.2 液體環(huán)氧—胺固化劑體系

我國(guó)西安的一組研發(fā)人員開發(fā)的雙酚 A 環(huán)氧與活性稀釋劑被脲醛微膠囊化，可制成 100 μ m 大小的膠囊。胺固化劑可以存在于涂層中，如過量的固態(tài)胺固化劑，也可以制成聚酰胺或多元胺固化劑膠囊配合使用。

2.2.3 多異氰酸酯預(yù)聚物—多重固化體系

制備具有適當(dāng)流動(dòng)性的液體多異氰酸酯預(yù)聚物及微膠囊化的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。它們可以與涂層中成膜物的過剩羥基反應(yīng)生成聚氨酯交聯(lián)成膜，也可以吸收大氣中的濕氣反應(yīng)生成聚脲成膜，還可以與胺固化劑反應(yīng)直接生成聚脲成膜，反應(yīng)速度快，較難控制。

綜上所述，自修復(fù)材料體系有多種技術(shù)路線可供選擇，應(yīng)該結(jié)合防腐蝕涂料體系的相容性，涂裝體系設(shè)計(jì)，以及可靠性、實(shí)用性及經(jīng)濟(jì)性等綜合考慮。通常可自修復(fù)涂層的膜厚至少大于 300 μ m 以上。

2.3 延長(zhǎng)自修復(fù)涂層使用壽命的技術(shù)途徑

自修復(fù)組分在長(zhǎng)期或多次使用后終將枯竭，即其使用壽命是有限的。這方面與生物的自愈合功能存在本質(zhì)的區(qū)別，因?yàn)樯锞哂行玛惔x能力，可源源不斷地產(chǎn)生自修復(fù)成分。目前的主要技術(shù)途徑是盡可能地在自修復(fù)涂層中增大自修復(fù)組分的容量，并盡可能地將它們形成類似微血管循環(huán)通路，達(dá)到及時(shí)補(bǔ)充和充分利用的目標(biāo)。例如，將液體環(huán)氧封裝在中空玻璃纖維中，并增強(qiáng)塑料。還有采用印刷電路版技術(shù)，將自修復(fù)成分在涂層中生成互通三維結(jié)構(gòu)。不過這種技術(shù)的可行性和實(shí)用性尚待商榷。

3 自修復(fù)涂層材料的應(yīng)用

作為本世紀(jì)初開發(fā)的新材料和新技術(shù)，自修復(fù)涂料在重防腐、建筑塑料復(fù)合材料等領(lǐng)域才剛剛起步。在航空航天、艦船和兵器等對(duì)可靠性和長(zhǎng)壽命要求很高的特種涂層材料領(lǐng)域?qū)Υ诵枨蠛芷惹?SPAN lang=EN-US> ; 風(fēng)力發(fā)電塔身及葉片等經(jīng)常遭受風(fēng)沙襲擊和損傷而又難以維修保養(yǎng)的設(shè)施是其直接和現(xiàn)實(shí)的市場(chǎng)，還有沿海的燈塔，以及要求 15 ～ 20 a 以上壽命的鐵路和公路橋梁等設(shè)施，都可采用自修復(fù)涂料以延長(zhǎng)和保障其使用壽命等。

本文作為拋磚引玉對(duì)自修復(fù)涂料作了簡(jiǎn)單介紹，希望引起同仁們的注意，而創(chuàng)新的思維和理念是關(guān)鍵。但是，艱苦的工作是將理念轉(zhuǎn)化材料和產(chǎn)品的基礎(chǔ)，切忌炒作概念。