当谈到对抗腐蚀时，工业需要更聪明的涂料和材料，而不是更难。188金宝搏bet官网封装科学使智能、自修复材料的开发成为可能，这些材料可以在腐蚀开始时阻止腐蚀。188金宝搏bet官网这些材料背后的科学原理是什么，目前的限制是什么?188金宝搏bet官网让我们来仔细看看封装技术现在在哪里，以及它在未来会把我们带到哪里——用于腐蚀控制和其他领域。

腐蚀难题

腐蚀是一种自然发生的过程，开始时很小，材料(通常是金属)的物理结构会发生看不见的变化。当金属暴露于水、酸、气体甚至微生物产生的化学物质(称为微生物诱导腐蚀，或MIC)时，这些变化可能是由化学反应引起的。

但随着时间的推移，这些小变化会产生巨大的影响。腐蚀会削弱材料的物理结构，最终导致受影响的部件失效。当腐蚀被肉眼可见时，修复损害的成本可能非常高。

美国腐蚀工程师协会(NACE)估计，美国每年用于预防、减轻和修复腐蚀的直接成本为2760亿美元，而生产力损失、诉讼和环境缓解等间接成本可能会使腐蚀总成本超过5500亿美元。

用于保护基础设施和设备免受腐蚀的许多不同的方法包括有机和金属保护涂层;耐腐蚀合金、塑料和聚合物;缓蚀剂;以及阴极保护。每种方法都有自己的位置，这取决于要保护的设备或结构的类型及其所在的环境。

掩盖问题?

在许多情况下，刷上保护性油漆或涂层是最简单和最具成本效益的缓解策略。有许多类型的涂料可以提供一定程度的腐蚀保护。在最简单的情况下，保护涂层提供了一个屏障，防止水分和细菌到达金属表面。从理论上讲，这将防止导致腐蚀的条件的发展。

然而，在实践中，随着时间的推移，涂层会产生微裂纹，这使得水、氧气和细菌能够渗透，为生锈提供了一个完美的环境。腐蚀可以从肉眼看不见的微小缺陷开始。一旦开始，腐蚀可以继续蔓延到涂层下面，通过随意的视觉检查无法观察到。当问题变得明显时，可能会造成相当大的损害。

更复杂的方法可能会使用一种牺牲元素，如锌，它直接混合到涂层中。这些牺牲元素减缓腐蚀，因为它们比它们所保护的金属更具有活性;也就是说，当暴露在氧气和水中时，它们会迅速氧化，在它们有机会与受保护的金属反应之前，使这些分子变得无害。锌浸渍涂层提供比标准防潮屏障更持久的保护，但最终存在同样的问题。

智能自修复涂料的兴起

当今最复杂的防腐涂料已经超越了防潮屏障和牺牲元素。微胶囊技术的进步使得智能涂层的开发成为可能，这些涂层在受损时可以自愈。

智能涂层包含微胶囊或胶囊，当暴露在特定的触发条件下会破裂。微胶囊化可以使活性成分(如愈合剂)保持封闭状态，不受环境影响，直到需要时(图1)。例如，自愈合涂层可能在涂层受损时释放一种化学物质，自动修复可让腐蚀性剂穿透涂层的微缺陷(图2)。

大多数现有的自愈合材料在胶囊中含有一种愈合剂，当涂层受188金宝搏bet官网到物理损伤时，胶囊就会破裂。催化剂被混合到涂层中或包含在其自身的微胶囊中以充当固化剂。当愈合剂被释放并与催化剂接触时，它会产生化学反应，使愈合剂变硬，重新密封涂层。所有这一切都可以在显微镜下发生，远早于肉眼可以检测到涂层中的缺陷。

与传统涂料相比，这种自修复特性可以显著提高保护水平。然而，标准的现有技术有一些缺点:

• 大多数微胶囊都没有对腐蚀做出反应，这意味着它们只会在涂层结构损坏时才会破裂。他们不能检测和反应存在的物理化学腐蚀标志。
• 催化剂和愈合剂必须分别混合到涂层中，并在需要愈合剂之前保持物理分离。由于愈合剂和催化剂的每个分子的确切位置在混合物中是随机的，当微胶囊破裂时，它们可能没有足够近的接触来发生反应。这在双胶囊混合物中尤其如此，它需要一个含有愈合剂的胶囊和一个含有催化剂的胶囊在近距离同时破裂。
• 在这些涂层中使用的愈合剂往往是高度不稳定的，容易与水和氧气反应。这限制了产品的保质期。如果愈合剂在需要之前就在微胶囊内发生反应，那么当需要出现时，它将不再能够提供自愈合特性。

一步腐蚀检测和减缓

巴特尔的科学家们一直在努力克服这些问题，开发出一种智能珠，可以一次性检测和修复腐蚀。巴特尔智能腐蚀探测器^®珠是一种微观珠，可以检测金属基板上形成的腐蚀，提供有效载荷来修复腐蚀造成的损伤，并提供腐蚀存在的早期预警信号。

球形胶囊，直径30至50微米，体积类似于细白色粉末。它们被设计成混合在涂层中，保护关键基础设施免受腐蚀。它们与标准智能珠技术有两个重要的不同之处:

• 微胶囊的涂层是功能化的，这意味着它可以检测腐蚀的微观迹象并做出反应。这意味着涂层不需要物理损坏就能触发愈合剂的释放;腐蚀本身就是诱因。
• 它是一种单组分体系，不需要添加单独的催化剂来固化愈合剂。修复剂由腐蚀副产物进行固化(图3)。

除了释放自愈化学物质外，智能胶囊还能在肉眼可见之前探测并揭示金属上的腐蚀现象。当腐蚀存在时，胶囊的表面会发生化学反应(图4)，导致它们发出荧光(可以用紫外线或太赫兹成像检测到)。荧光对维护人员来说是一个提示指标，表明腐蚀已经开始，并为他们提供了早期缓解潜在问题的机会，而愈合剂立即修复腐蚀损伤并减缓腐蚀过程。及时发现和修复腐蚀可以节省大量时间和成本，并提高结构可靠性。

另一个关键的优点是透湿性和透氧性不影响愈合剂的稳定性。这意味着愈合剂非常稳定，不会在微胶囊内愈合，延长了产品的使用寿命。

封装的科学

巴特尔智能腐蚀检测珠只是巴特尔正在开发的复杂封装方法的一种应用。“设计封装”计划的重点是开发可对特定触发因素(如压力、温度、pH值、稀释度、紫外线或暴露于特定化学或生物信号)做出反应的微胶囊(图5)。封装技术正在将行业从农业转变为消费品。

封装是将活性成分包裹在保护壳内的过程，通常是聚合物。封装允许反应性化学成分安全地存储在混合物中，直到它们被指定的触发器释放。这意味着相互作用的化学物质，如漂白剂和活化剂或愈合剂和催化剂，可以安全地组合成单一的、耐储存的产品。如果没有封装，这些成分将必须保持独立，直到用户希望它们被激活的那一刻。封装还可以保护活性成分不被降解，并确保它们在需要的时间和地点激活，而不是提前激活，使其成为定时释放应用的理想选择。

188金宝搏bet官网材料可以通过以下几种方法封装:

• 相分离;
• 喷雾干燥/喷雾凝结;
• 溶剂蒸发;
• 涂层。

具体方法和外壳材料的选择将取决于活性物质的物理化学性质和所需的颗粒大小和释放特性。188金宝搏bet官网材料工程师可以通过改变聚合物外壳的物理和化学性质来制造对不同触发物做出反应的微胶囊。从技术角度来看，制备方法的成功选择将取决于能否实现活性物质的高负载(高包封效率)、高产品收率和易于扩大规模的潜力。

由巴特尔开发的封装技术是基于粒子形成聚合的方法。该方法适用于固体和液体活性成分的封装。粒子可以从纳米到微米大小。该工艺可用于封装各种各样的活性成分。

在这个封装过程中，活性成分使用稳定剂以及所需的成壳单体和引发剂悬浮在介质中(图6)。初始聚合发生在溶液中。随着分子量的增加，聚合物沉淀到活性成分上。分散聚合成功的关键是稳定剂的选择以及单体和溶剂的种类。如果活性成分不溶于水，可以采用水分散聚合或其他颗粒形成聚合(如乳液聚合和悬浮聚合)。

超越腐蚀:智能涂料的未来

智能封装技术的应用远远不止于腐蚀检测和耐腐蚀。类似的技术已经在智能洗衣胶囊中用于一步冷水漂白，并可能很快出现在其他消费品和农业配方中。最终，它们可能被用于开发耐储存的疫苗或运送生物药物。

在涂料领域也有其他的应用。例如，固化剂可以封装在外壳中，暴露在紫外线或其他选定的触发下释放。这将允许一步应用需要固化剂的涂料和树脂，而不需要现场混合。

抗菌涂料是涂料行业的另一个潜在增长机会。188BET竞彩将抗菌特性添加到工业或石油和天然气设备的涂层中，将提供另一种防止微生物诱导腐蚀的途径。抗菌涂料还可用于医院，以减少医院相关感染的传播，或用于学校和其他公共建筑，以减缓感冒和流感的传播。

封装可以用于开发刺激响应涂层和抑制目标细菌的材料。188金宝搏bet官网这些材料主动188金宝搏bet官网检测微生物的存在，并产生反应，如生物杀灭剂的释放。通过将聚合物涂层校准到物种特异性的生物标志物，刺激响应材料可以针对特定的细菌，如大肠杆菌。188金宝搏bet官网细菌细胞壁上的特定蛋白质可以作为一种释放机制，触发一种杀灭剂的释放，从而中和病原体。

随着封装技术的发展，这个行业肯定会发现更多的应用。靶向释放微胶囊将很快使新的涂料和涂料的配方更持久，更有保护作用，更容易存储和应用。其中许多应用程序可能会扰乱市场。那些有创造力和远见来设想封装新用途的公司将在市场上拥有强大的新竞争优势。

建议阅读

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