微胶囊修复水性涂料效果及机理

1. 微胶囊技术简介

1.1发展历史及应用场景

微胶囊是指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包装物，具有半透性或密封性的微小粒子，其中被包裹的物质称为芯材，包裹芯材的物质称为壁材。微胶囊使芯材被封装起来，严密包覆使其不发生泄露，或在一定条件下缓慢释放^[1]。微胶囊技术的研究始于20世纪30年代，由美国大西洋海岸渔业公司提出的制备鱼肝油微胶囊的方法。1954年美国NCR公司的Green采用复凝聚法成功制备出了含油的明胶微胶囊，并用于制备无碳复写纸^[2－4]。在我国，微胶囊是一种比较新型的剂型，微胶囊化借助高分子聚合技术，利用天然或合成的高分子成膜物质把分散的固体、液体或气体包覆形成微小粒子^[5]。微胶囊技术在医药、涂料、日用化学品、食品、纺织、农牧业等领域拥有广阔的应用前景。

1.2微胶囊自修复技术原理

微胶囊自修复技术是受生物体损伤后具有自我愈合能力的启发，当聚合物复合材料受外界应力产生裂纹时，致使微胶囊破裂释放出微胶囊包覆的修复剂，通过毛细管虹吸作用将修复剂释放至受损区域，然后与预先埋置于基体中的催化剂引发聚合反应，使裂纹得到愈合，达到修复目的^[6]。

2.微胶囊在涂料中的应用

随着工业的发展，不同行业对涂料的性能要求越来越高，这就要求对涂料的配方进行不断地改进。而工件在生产或使用过程中，会不可避免的发生磕碰、划伤等问题，从而大大降低的涂料保护的性能，影响了漆膜的整体防腐性，所以需要增加漆膜的自愈合能力。涂层自修复技术可以修复涂层因外界应力产生的微裂纹，提高涂层使用寿命，降低涂料重涂所需的经济及社会成本。目前国内外采用的自修复材料的制备方法有四种：为热压焊接的技术、可逆的高交联聚合物自修复技术、液芯纤维自修复技术、微胶囊自修复技术，这些方法中以微胶囊自修复技术最为简单并容易放大实现商业化生产^[7]，所以微胶囊修复技术及其修复效果与机理是本课题研究的重要内容。

3.国内外研究概况

微胶囊自修复复合材料的概念是S.R.White等于2001年首次提出的，用脲醛树脂包覆双环戊二烯(DCPD)制成微胶囊，并把微胶囊和Grubbs催化剂共同均匀分散在环氧树脂中，当材料产生裂缝时，囊壁破裂，囊芯由于裂缝产生的毛细管虹吸作用迅速渗入裂纹，与Grubbs催化剂相遇，发生聚合反应达到修复的目的。但由于Grubbs机身的缺点，人们开始用WCl₆代替或使用新催化剂通过原位聚合法^[8]进行制备。采用原位聚合法以脲醛树脂为囊壁制备微胶囊的方法最为广泛。此外，研究学者还制备了同一基体中含不同囊芯的微胶囊^[9-10]以及囊壁不同于脲醛树脂的微胶囊^[11-12]等。目前微胶囊涂料应用于墙壁、桥梁、公路等场合较多，但对于在木材上的应用研究依然不足。