史强强 汪家军 胡纯杰 ( 山东港德新材料科技有限公司 )
摘要：本文介绍了一种压痕可修复热固性粉末涂料的制备及修复方法。在现有聚酯树脂体系为基础，研究了粉末涂层的热修复性能，在借助一定外力的条件下，仅限于塑形修复。
关键词：可修复热固性粉末涂料 聚酯树脂 粉末涂层
0引言
粉末涂料在我国发展已有几十年的历史，由初期的家电领域涂装迅速扩展到交通设施、机械、建筑、石油化工、电子电器、航空航天等几十个金属非金属行业，市场前景非常广阔。
热固性粉末涂料不仅性能卓越、效费比优异，同时也较其他类别涂料更加环保。但是缺点同样也很明显，因其交联固化的性质决定了涂层遇到损伤无法弥补，造成永久性缺陷，影响防护性能及装饰性。基于这个初衷我们研发了一款通过加热涂层，表观可恢复至原始状态，并且可重复、多种修复方式的自修复粉末涂料。
自修复(Self-Healing)/自愈合，即源于医学和生物学的自愈合能力，将其用于材料科学具有仿生的含义。Self-Healing即自修复涂料包含更广泛的内涵，即涂层产生裂痕后能自动修复裂痕。根据文献资料自修复涂料(self-healing coatings)是20世纪90年代提出来的一种智能涂料的名称，指涂层遭到破坏后具有自修复功能，或在一定条件下具有自修复功能的有机化合物涂料。
依靠涂层本身流动和物体力学的形变，并能形成化学键或物理作用，自动将划痕缝隙修复，成为本征修复型。因此，自修复涂料不需要加入特定的修复试剂，也不限于某一种损坏。利用高分子物理学中的高聚物推迟弹性的概念，制备自修复涂料。其原理是当温度高于树脂(或树脂中某一组分)的玻璃化温度或高于黏流温度时，树脂发生流动，温度降低时获得必需的涂膜性质。此类涂料行业通常称之为热修复涂料或记忆涂层，见图1。
本文针对户外聚酯型可修复(记忆)涂层的物理性能进行简单分析。
1、实验
1.1实验原料
聚酯树脂：SJ4#E 工业品，市售；固化剂：TGIC,工业品，市售；流平剂 ：GLP588，工业品，市售；砂纹剂：工业品，市售；钛白粉：R902，市售；BaSO4:工业品，市售；助剂：工业品，定制。
1.2实验过程
1.2.1实验配方
配方所用原料及用量见表1。
1.2.2 预混合
按表1配方称好的原材料放入高速实验搅拌锅(自制，转速90 r/min)预混5分钟得到均匀分散的预混料。
1.2.3 挤出压片
设定挤出机(烟台杰程TSK22实验挤出机)参数见表2，
达到工艺条件开启压辊、喂料器，收集挤出的料片冷却30分钟以上。留意挤出温度的变化及物料是否均匀连续挤出。
1.2.4 料片研磨
磨粉机(烟台东源U2型磨粉机)，设定参数如：表4后进行研磨，得到d50为38μm粉末，符合粒径要求。
1.2.5底 材处理、喷涂、烘烤
底材选用冷轧马口铁12 cm×6.5 cm×0.8 cm，使用氧化铝耐水砂纸400#进行表面打磨，压缩空气吹掉表层砂砾灰尘，丙酮擦拭表面后清水冲洗，在180℃实验电热鼓风恒温干燥箱烘烤5分钟使其板材表面干燥。
取样粉放入逸飞实验喷枪粉斗，设定气压0.4Mpa，电压60kV，喷涂后使用实验电热鼓风恒温干燥箱(上海双彪101(1)型，精度±2℃)在设定的温度和时间：10 min @ 200 ℃进行固化，得到的样板进行检测。
工艺：马口铁→砂纸打磨→气枪吹净→丙酮擦拭→清水冲洗→喷涂→固化
2、结果与讨论
涂层性能测试结果见表4。
热修复测试结果见图2、图3。将样板经过30 s@200 ℃加热后，涂层压痕恢复，恢复后重复压痕，并进行第二次100℃热水浸泡，压痕。
3、结语
通过以上检测可以发现自修复涂料常规性能基本满足使用需求，铅笔硬度检测低于常规产品，造成易损伤，修复能力仅局限于塑性变形，对于内聚破坏型的修复几乎无法完成，因为涂层分子链断裂，配方中没有能够重新进行反应的物质，解决方法可以考虑微胶囊技术，引入微胶囊形成愈合剂及引发剂，当有裂痕扩展时，嵌在其中的微胶囊被撕裂，愈合剂通过毛细管作用释放到受损区域，遇到催化剂便会产生交联反应，从而将裂缝处粘合修补好。这种方法还要对树脂、胶囊、修复方式进行重新设计研发，如辐射、电阻、微波、磁敏、过氧化物、引发剂、可逆反应等方式，但是他们的优缺点依然很明显。
目前热固性粉末涂料自修复技术尚不成熟，需要借助涂料以外的外力进行一定的反应才能修复涂层，严格意义上来说不能算自修复。实际应用意义不大，需要对材料、修复方式进行重新论证。从材料本身来说持久简单的自修复粉末涂料并不容易完成，因为粉末涂料固化过程本身是不可逆的，固化完成后涂层也就终止反应。
通过对涂层自修复技术进行总结，目前依赖单一技术实现的涂层自修复仍存在不同程度的缺点，限制了涂层自修复技术的产业化应用。将多种自修复技术配合使用将成为自修复涂层的发展趋势。通过调控多机制间的有序表达和高效协同，可实现对大尺寸裂痕的反复修复，构建长效智能涂层体系，这对于延长涂层的服役时间、降低维护成本具有前瞻性的意义。
来源：2023粉末涂料与涂装第一期
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