六亚甲基二异氰酸酯微胶囊的制备及其在自修复涂料中的应用

作者：董邯海; 程勇; 程庆利^*; 杨珂; 周日峰; 毕伟扬

来源：表面技术, 2023, 52(04): 272-284.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.024

• 六亚甲基二异氰酸酯
• 自修复涂层
• 微胶囊
• 界面聚合法
• 耐腐蚀
• 电化学阻抗谱
• 丝束电极

目的 制备一种基于小尺寸六亚甲基二异氰酸酯(HDI)微胶囊的自修复防腐涂料，能够提高涂层的防腐性能并实现涂层划痕缺陷的在线修复。方法 通过调整界面聚合法合成HDI微胶囊过程中的乳化剂添加量、搅拌速率和体系pH值，降低微胶囊的平均粒径，并利用囊芯染色试验、红外光谱(FTIR)、热重试验(TG)对微胶囊的结构和热稳定性进行表征。以物理共混的方式将微胶囊掺入到环氧树脂基质中制备自修复防腐涂料，使用万能拉伸机、拉拔测试仪、电化学阻抗谱(EIS)研究微胶囊对涂层基础力学性能和耐腐蚀性能的影响。结合丝束电极(WBE)测试与划痕涂层浸泡腐蚀试验分析复合涂层的内在自修复机理。结果 确定了微胶囊制备过程的最佳乳化剂添加量为3%、搅拌速率为600 r/min、体系pH值为3.5，此时的微胶囊呈规则的球状结构，表面致密且具有一定的粗糙度，平均粒径尺寸降低为59μm，成型率达82%。FTIR和囊芯染色试验证明微胶囊由脲醛树脂囊壁和HDI囊芯组成，TG分析显示微胶囊初始分解温度为260℃。随着微胶囊含量的提高，自修复涂层的拉伸断裂强度和附着力有所下降。EIS测试结果表明，含0%、1%、5%和10%微胶囊的自修复涂层经3.5%NaCl溶液浸泡144 h后，涂层电阻(Rc)分别为1.5×108、2.2×108、3.7×108、2.8×108Ω/cm2。WBE和浸泡腐蚀试验显示，5%微胶囊掺入量的复合涂层具有最佳的划痕自修复性能，32 h浸泡后的涂层愈合效果良好。结论 当采用界面聚合法制备的HDI微胶囊均匀分散至涂层内部，可以协同提高涂层的耐腐蚀性能。此外，微胶囊能够在涂层划痕损伤位置主动释放囊芯HDI，与腐蚀溶液反应生成聚氨酯类物质填补涂层的裂纹缺陷，产生局部自愈合效果。