基于扁平状油凝胶微球的水性聚氨酯自修复防腐涂层的制备及性能研究

摘要

[目的]针对当前自修复涂层难以兼顾快速修复和多次重复自主修复的问题，提出一种基于扁平状油凝胶微球的自修复防腐涂层。[方法]将制备的油凝胶微球（OMs）乳液加入水性聚氨酯（WPU）中，通过原位搅拌辅助的超声喷涂工艺，在碳钢表面制备了OMs/WPU复合涂层。表征了涂层的微观形貌、自修复性能、耐蚀性及附着力，通过有限元分析，揭示其自修复机制。[结果]原位搅拌工艺实现了OMs在WPU中的均匀分布，OMs在涂层固化过程中从球状变为扁平状。在原位搅拌下制得的均匀OMs/WPU复合涂层经划伤5 min后即可完全自修复，经4次重复划伤-修复循环后其在3.5%NaCl溶液中的低频阻抗模值|Z|_{0.01 Hz}仍保持在10¹⁰Ω·cm²量级以上。对于修复过的均匀OMs/WPU复合涂层，其在3.5%Na Cl溶液中浸泡13 d后的|Z|_{0.01 Hz}仍维持在10～9Ω·cm²量级以上。有限元分析结果表明，扁平状OMs具有更优的协调变形能力，使复合涂层中的树脂在剪切或压缩载荷下的平均应力较纯WPU涂层分别降低75%和93%，显著缓解了涂层受外力作用时的应力集中，降低了基体的损伤程度，从而有利于后续自修复。[结论]这种基于扁平状油凝胶的新型自修复防腐涂层具有快速、多次重复自主修复性能，为自修复涂层的研制及机理研究提供了重要参考。

关键词

水性聚氨酯 / 油凝胶微球 / 复合涂层 / 自修复 / 耐蚀性

基金资助

江苏省基础研究计划自然科学基金青年基金项目（BK20240958）; 江苏省高等学校基础科学（自然科学）研究项目（23KJB430028）