自检测水性自修复防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水性自修复防腐涂料领域，具体涉及一种自检测水性自修复防腐涂料及其制备方法。

背景技术

金属材料在使用的过程中容易受到环境中的氧气和水分的腐蚀、损坏而影响后续的使用，为了避免或减缓这种情况的发生，常用的方法使在金属材料表面涂敷水性防腐涂料。然而，防腐涂料也无法对金属材料的防腐蚀起到绝对的保障，因为防腐涂料在使用的过程中也会受到外界环境的冲击、划伤等损坏，从而在涂料层中形成微裂纹或开口，使得涂料层的局部区域失去对金属材料的防护作用。

为了解决因涂料层自身的损坏给金属材料的防护带来的影响，人们研究出了自修复水性涂料，通过在水性涂料中添加自修复胶囊或者自修复纤维，当涂料层受到损伤后，在损伤区域会产生局部应力集中，将自修复胶囊或自修复纤维撕裂，释放出其中的修复剂，从而实现对涂料层的修复。

常用的自修复胶囊或者自修复纤维大都是一次性的，其修复功能具有不可逆性，不能实现多次修复或循环修复。又有人研究出了可以进行多次反复修复的修复剂。然而，在自修复胶囊或者自修复纤维对涂料层进行多次反复修复的过程中，对于待修复区域或部位的判定却成了难题。一方面，涂料层中的细微裂纹难以被发现，等到其被发现时，通常金属材料已经发生了比较严重的腐蚀；另一方面，涂料层中较大的开口或裂痕容易被发现，但是这些区域的腐蚀也是非常快的。因此，需要在涂料层中刚刚出现微裂纹时，立即对其进行修复是最理想的。

为此，本发明的发明人研发出了一种自检测水性自修复防腐涂料及其制备方法。

发明内容

针对现有的自修复涂料中的微裂纹不容易被发现的技术问题，本发明提供了一种自检测水性自修复防腐涂料及其制备方法。在本发明自检测水性自修复防腐涂料中，包括70-90%的水性树脂基体和10-30%的自检测自修复胶囊。当涂料层中的局部区域出现微裂纹时，自检测自修复胶囊的胶囊壁被局部的集中应力撕裂，将其中的修复剂和显色剂释放出来，待金属材料一开始被腐蚀，所产生的金属离子遇到显色剂便会显现出容易观察到的颜色或颜色变化，使得微裂纹区域容易被发现和定位，为涂料层的修复指明位置。

即，本发明的自检测水性自修复防腐涂料中，包括70-90%的水性树脂基体和10-30%的自检测自修复胶囊，其特征在于，所述自检测自修复胶囊包括胶囊壁和胶囊芯，胶囊芯包括水性涂料修复剂和显色剂。其中，水性树脂基体选自水性聚氨酯树脂、水性环氧树脂、水性丙烯树脂中的一种或多种。

进一步地，本发明所使用的自检测自修复胶囊中，显色剂为能够与金属离子作用并发生显色反应的显色剂，例如，

显色剂可以选自羟基喹啉、1,10邻菲罗啉、百里酚蓝中的一种或多种。为了便于自检测自修复胶囊的制备，显色剂负载在纳米载体表面，本发明所选用的纳米载体为石墨烯，也可以选择其他合适的纳米载体。

在本发明所使用的自检测自修复胶囊中，胶囊芯中所使用的水性涂料修复剂可以是仅具有单次修复功能的单次修复剂，也可以是具有多次修复功能，能够实现涂料层的反复修复的多次修复剂，优选为具有多次修复功能，能够实现涂料层的反复修复的多次修复剂。

其中，所述单次修复剂可选自液态环氧树脂或多羟基或多氨基化合物分别与异氰酸酯反应生成异氰酸酯衍生物等。

其中，多次修复剂可选自CN 104045810A中的二胺加成物交联剂。

进一步地，胶囊芯还可以包括催化剂，用以加速涂料层的修复。

本发明的自检测自修复胶囊中，由于其基本功能是实现对涂料层的修复，显色剂是为了便于待修复区域的发现和用于对修复区域进行定位。因此，胶囊芯中，显色剂的质量百分比为1-10%，水性涂料修复剂的质量百分比为90-99%。

进一步地，本发明所使用的胶囊壁为聚氨酯，具体由多羟基或多氨基化合物分别与异氰酸酯反应生成异氰酸酯衍生物，然后再与多元醇反应生成聚氨酯，包覆再胶囊芯外。

本发明的自检测自修复胶囊的制备方法包括以下步骤：

（1）显色剂的负载，配制一定浓度的石墨烯水分散液，然后将一定比例的显色剂添加至该石墨烯水分散液中，超声分散，然后过滤、晾干，即得到石墨烯作为载体的显色剂。

（2）将步骤（1）制得的石墨烯作为载体的显色剂与水性涂料修复剂在溶剂中分散混合均匀，作为芯材，然后在该芯材表面形成聚氨酯，具体由多羟基或多氨基化合物分别与异氰酸酯反应生成异氰酸酯衍生物，然后再与多元醇反应生成聚氨酯，得到自检测自修复胶囊。

其中，显色剂与石墨烯的质量比为(1~2)：(2~1)。

与现有的水性自修复防腐涂料相比，本发明的自检测水性自修复防腐涂料具有以下有益效果：

（1）本发明中，通过在对现有的自修复胶囊进行改进，在其中添加显色剂作为囊心，得到自检测自修复胶囊，使得当自检测自修复胶囊因涂料层中局部区域出现的微裂纹而被撕裂时，会将其中的修复剂和显色剂释放出来，在微裂纹区域的腐蚀反应发生的初期，即可通过肉眼观察到颜色变化，起到自检测和预警作用，同时使得微裂纹区域容易被发现和定位，为涂料层的修复指明位置。

（2）本发明的自检测自修复胶囊中，所使用的水性涂料修复剂既可以时单次修复剂，也可以是多次修复剂。特别是对于多次修复剂，通常需要额外加热才能实现多次修复，因而本发明的自检测胶囊的作用效果尤为突出，可以帮助修复工作人员准确判定需要修复的区域，并进行加热。

具体实施方式

以下实施例仅仅是为了对本发明的内容进行详细说明的部分实施方式，并不是本发明的全部内容。

实施例1

一种自检测水性自修复防腐涂料中，包括80%的水性树脂基体和20%的自检测自修复胶囊，其特征在于，所述自检测自修复胶囊包括胶囊壁和胶囊芯，胶囊芯包括水性涂料修复剂和显色剂。其中，水性树脂基体选自水性聚氨酯树脂。显色剂为羟基喹啉，显色剂负载在石墨烯表面。胶囊芯中，显色剂的质量百分比为5%，水性涂料修复剂的质量百分比为95%。

水性涂料修复剂是具有多次修复功能，能够实现涂料层的反复修复的多次修复剂，选自CN 104045810A中的二胺加成物交联剂。

自检测自修复胶囊的制备方法为：

（1）显色剂的负载，配制一定浓度的石墨烯水分散液，然后将一定比例的显色剂添加至该石墨烯水分散液中，超声分散，然后过滤、晾干，即得到石墨烯作为载体的显色剂；显色剂与石墨烯的质量比为1：1。

（2）将步骤（1）制得的石墨烯作为载体的显色剂与CN 104045810A中的二胺加成物交联剂在溶剂中分散混合均匀，作为芯材，然后在该芯材表面形成聚氨酯，具体由多羟基或多氨基化合物分别与异氰酸酯反应生成异氰酸酯衍生物，然后再与多元醇反应生成聚氨酯，得到自检测自修复胶囊。

实施例2

一种自检测水性自修复防腐涂料中，包括70%的水性树脂基体和30%的自检测自修复胶囊，其特征在于，所述自检测自修复胶囊包括胶囊壁和胶囊芯，胶囊芯包括水性涂料修复剂和显色剂。其中，水性树脂基体选自水性丙烯树脂。显色剂为羟基喹啉，显色剂负载在石墨烯表面。胶囊芯中，显色剂的质量百分比为2%，水性涂料修复剂的质量百分比为98%。

水性涂料修复剂是仅具有单次修复功能的单次修复剂，为多羟基或多氨基化合物分别与异氰酸酯反应生成异氰酸酯衍生物。

自检测自修复胶囊的制备方法为：

（1）显色剂的负载，配制一定浓度的石墨烯水分散液，然后将一定比例的显色剂添加至该石墨烯水分散液中，超声分散，然后过滤、晾干，即得到石墨烯作为载体的显色剂；显色剂与石墨烯的质量比为1：2。

（2）将步骤（1）制得的石墨烯作为载体的显色剂与多羟基或多氨基化合物分别与异氰酸酯反应生成异氰酸酯衍生物在溶剂中分散混合均匀，作为芯材，然后在该芯材表面形成聚氨酯，具体由多羟基或多氨基化合物分别与异氰酸酯反应生成异氰酸酯衍生物，然后再与多元醇反应生成聚氨酯，得到自检测自修复胶囊。

实施例3

一种自检测水性自修复防腐涂料中，包括90%的水性树脂基体和10%的自检测自修复胶囊，其特征在于，所述自检测自修复胶囊包括胶囊壁和胶囊芯，胶囊芯包括水性涂料修复剂和显色剂。其中，水性树脂基体选自水性环氧树脂。显色剂为羟基喹啉，显色剂负载在石墨烯表面。胶囊芯中，显色剂的质量百分比为10%，水性涂料修复剂的质量百分比为90%。

水性涂料修复剂是仅具有单次修复功能的单次修复剂，为液态环氧树脂。

自检测自修复胶囊的制备方法为：

（1）显色剂的负载，配制一定浓度的石墨烯水分散液，然后将一定比例的显色剂添加至该石墨烯水分散液中，超声分散，然后过滤、晾干，即得到石墨烯作为载体的显色剂；显色剂与石墨烯的质量比为2：1。

（2）将步骤（1）制得的石墨烯作为载体的显色剂与液态环氧树脂在溶剂中分散混合均匀，作为芯材，然后在该芯材表面形成聚氨酯，具体由多羟基或多氨基化合物分别与异氰酸酯反应生成异氰酸酯衍生物，然后再与多元醇反应生成聚氨酯，得到自检测自修复胶囊。