嘉宝莉开发的自修复水性涂料，适合工业化生产

近期，由西安交通大学、广东嘉宝莉科技材料有限公司联合申请的“一种基于PU/PUF微胶囊及PCL微胶囊的自修复水性涂料及其制备方法”正式获得国家发明专利。据悉，该发明提供的自修复水性涂料自修复条件简单，合成原料便宜易得，可实现工业化生产。

涂料是一种呈流动状态，能在物体表面扩展形成薄膜，并随时间延续与加热以及供给其他能量，能在被涂饰表面牢固黏附固化，形成具有特定性能的连续皮膜的物质。在木材加工生产中用于木制品或木质材料的表面装饰，旧称油漆，自20世纪以来，随着高分子材料的发展，各种合成树脂漆越来越多，故改称涂料。为了改善其外观，物理和机械性能，将涂料涂覆在材料表面上。阻止材料被大气中的水和氧气氧化腐蚀。据报道，2001年以来，全世界每年用于防腐蚀的费用约有3000亿美元。按一个国家每年的GDP值来算，占该国GDP值的2%～5%，这个数字使人感到十分震惊，深深感到涂料行业工作者的重担在身。

然而，涂料并不理想，在使用寿命期间易受到许多降解过程的影响。发现顶层附近的裂纹会损坏涂层并显着降低其使用寿命。在保护涂层中存在微观缺陷（微裂纹，针孔，空腔，机械刮擦和划痕）使得环境可以容易且更快速地到达金属。

涂层可能具有一些缺陷，例如凹坑，模痕和划痕等。涂层中的裂纹可能由于涂层材料的结晶而导致。涂层中的高拉伸应力状态也会导致涂层开裂；例如，铬酸盐涂层具有高拉伸应力值。类似地，由于涂布不当，错误选择涂层或暴露于意外的环境考察因素，涂层可能会发生降解。在长期的涂层使用寿命中，诸如温度、紫外线辐射和机械作用（划痕或裂纹）等因素会影响其物理和机械完整性，并产生孔隙和裂缝，使腐蚀性元素容易到达基材除了外部因素，涂层内部的残余应力也会在涂层中产生裂纹。拉伸残余应力将导致垂直微裂纹的产生和压应力产生界面微裂纹。如果涂层中存在预先存在的裂纹并且压缩应力高于其临界值，则会发生屈曲。这可能会导致剪切力的产生并最终导致涂层和基材之间的剥离。因此，可以说裂化会引起界面粘着并会影响涂层的机械一致性。

传统的修复方法，如焊接和修补等，完全无法恢复由于微裂纹和最终腐蚀造成的损害，因为很难检测和监测涂层内部的非常小的深度缺陷和损坏，尤其是它们的在这样的微观水平上愈合或修复。因此，对具有固有自愈能力的材料进行了检索并尝试了修复微裂纹的方法。在这方面，生物体中不同的自然发生的器官和器官是以这种自我修复能力递送，其中有时在分子中发生愈合，例如DNA修复和宏观水平，例如伤口和骨骼的愈合。

自修复涂料是一种有自动愈合能力的新型涂料，近十多年发展很快。在过去的15年中，自修复材料一直是一个巨大的研究领域。主要目的是设计和合成具有内置自修复能力的材料，在损坏后可以快速恢复其物理和机械完整性。材料自修的能力是宝贵的财产，因为它有效地扩大了材料的使用周期。它一方面可及时与周围环境隔离开来，防止进一步扩大受创伤的范围，特别在极端腐蚀的情况下，避免重大泄漏而造成严重环境污染的事故发生。它又能及时自动修复被划伤、擦伤或受损的表面，保持其表面高装饰性的美观与光泽，从而延长涂膜的使用寿命。从经济意义上讲也是很大的，这正是用户与供应商长期以来所追求的目标。

诱导自修复机制最常见的刺激是机械，热或光引发的自愈。对于内置自修复材料，微胶囊是最易实现工业化的方法。微胶囊是微米范围内的球形微小颗粒，所包封的液体修复剂（核心材料），封装在不同种类的聚合物壁（壳壁）内。这些胶囊可根据所需应用封装不同的材料，如固体，液体和气体。由于化学和机械稳定性，涂层相容，无孔或漏壳壁，能够感知损害的发生，并且通过释放芯材来响应损伤。因此我们选择内置微胶囊来制备自修复水性涂料。

为了解决涂料本身被划伤、擦伤或受损的表面，最大限度还原材料本身性能，延长材料本身，嘉宝莉发明的目的是提供一种基于PU/PUF微胶囊及PCL微胶囊的自修复水性涂料及其制备方法。该发明采用PU/PUF微胶囊及PCL微胶囊双微胶囊嵌入涂料的方法，在涂料内部发生裂纹以及外部擦伤、刮擦等后，在裂纹处的微胶囊会对裂纹产生响应随即发生破裂，释放修复剂于裂痕处，在室温条件下，修复剂会产生交联固化从而修复裂痕。该发明在不改变涂料本身成分的同时对材料进行自修复，且修复率达80%以上；该发明延长了材料使用寿命，极大减少了材料维护的成本。