要制造真正的智能涂料，你需要从智能添加剂开始。像一个好的厨师一样，你需要最好的食材。油漆和涂料制造商的专业知识在于配方良好和可靠的产品，以服务他们的客户。他们不参与开发新原材料的游戏，而是依赖供应商给他们带来创新的想法和产品。188金宝搏bet官网

开发真正的新型智能添加剂所需的知识和创新往往不属于油漆和涂料行业。188BET竞彩nervisphere对这个市场的创新和补充(即基质封装)源自核能和制药行业，利用一个领域的技术，使其适用于另一个领域。

微胶囊化(核壳vs基质)

微胶囊化是将固体、液体或气体包裹在粒子内的过程。该颗粒具有在特定条件下(如阳光、氧化、pH值)释放和/或保护封装材料的功能。

微胶囊的几何形状多种多样，最常见的是核壳微胶囊。这项技术已经被其他公司用于油漆和涂料行业。188BET竞彩^{1 - 3}在这种封装类型中，在外壳(保护层)和内部核心(有效载荷)之间有明显的区别。粒子的几何形状最好地用蛋壳来表示。在这种情况下，鸡蛋可以通过物理破裂(压力、剪应力)或化学破裂(加热、水解、溶解)。然而，一旦被破解，内容立即被释放，这被称为“崩溃”或立即释放。当在触发条件下(例如，由于腐蚀导致的pH值变化水解外壳并释放抑制剂或指示剂)需要释放时，这是很有用的。然而，这种形式的封装并不适合在很长一段时间内提供恒定的发布。一旦它们的负载被清空，胶囊在涂层上留下一个显著的空洞，这增加了总体孔隙率，削弱了涂层的物理和机械性能。

矩阵封装的使用不太常见。基质封装涉及在原位合成的三维聚合物网络内的有效载荷的包裹。在抑制双丝球的例子中^®，硅醇前驱体单体用于形成二氧化硅和杂化二氧化硅聚合物。随着聚合的进行，3D二氧化硅(Si-O-Si)网络形成，将缓蚀剂困在网络的孔隙中，就像网中的鱼一样。用乳液聚合过程使聚合反应在乳液滴内分离。液滴作为一个微或纳米反应器，硅烷缩聚过程在其中进行直到凝胶化，即整个液滴被孔隙中含有抑制剂的二氧化硅三维网络所占据。仔细控制前驱体和形成乳化液的反应条件，可以在很大程度上控制液滴的大小，从而控制颗粒的大小。与核壳模型相比，基质封装更接近海绵，海绵中的孔隙被封装材料填充。随着时间的推移，有效载荷通过基质的孔隙扩散而缓慢释放。与核壳胶囊不同的是，一旦有效载荷耗尽，基质颗粒不会在涂层上留下明显的空隙，因为基质颗粒仍然在原位。保持了涂层的机械和物理阻隔性能。

当比较这两种封装类型(表1和图1)时，很明显，海绵与蛋壳不同，可以在不牺牲功能的情况下机械地分解。如果一个海绵被掰成两半，它会生成两个更小的海绵。打碎的鸡蛋会留下一团乱。矩阵式封装比核壳式封装的优点是明显的(表1)。

物理/力学性能

由基体封装产生的微粒具有机械抗性。它们可以被分解成更小的颗粒，而不影响被封装材料的释放速度。为了证明这一点，一种染料(罗丹明)被封装在二氧化硅微粒中，并随着时间的推移测量其释放速率。取部分颗粒进行粉碎以减小颗粒尺寸，在相同条件下测量其释放速率。每个样品的染料释放比例的比较如图2所示。在24小时的过程中，未破碎和破碎颗粒的释放差异很小(<5%)。

油漆的兼容性

要达到一种涂料的所有预期性能所需的成分都处于恒定的平衡状态。有机缓蚀剂有打破这种微妙平衡的倾向。大多数有机抑制剂与涂料化学成分不相容，导致相分离或不完全/过早固化。

在基体内的封装有助于使通常认为不相容的材料相容。188金宝搏bet官网例如，有机缓蚀剂被混合到环氧涂料树脂包中。混合物在40度的温度下放置一个月以加速老化。在相同的环氧树脂填料中使用等量的抑制剂封装相同的抑制剂，并进行相同的测试。图片显示封装的材料不能固化环氧树脂(图3)，而未封装的材料可以。该抑制剂是一种有机材料，具有能够与环氧基团反应的化学基团和官能团。

粒径控制

控制颜料粒度对获得所需的性能和物理特性的任何涂层都是必不可少的。颗粒大小也控制涂层的光学性能(哑光，光泽，耐光性，颜色)。此外，颜料的形状和大小将决定涂层内部水分渗透的速度，这将导致金属表面的腐蚀。

经过近20年的广泛研究和发展，陶球可以精确控制其产品的粒度。颗粒的变化可以超过三个数量级，从0.1到100 μm(图4)。通常，亚微米颗粒是首选，因为它们与大多数涂层厚度兼容，且不影响光泽。

控制释放

通过前驱体材料的精心选择和乳液聚合的控制参数，可以控制影响聚合物释放的因素。188金宝搏bet官网这些因素包括颗粒大小、孔隙大小和孔隙内部的化学成分。图5显示了抑制剂如何从粒子中释放的示意图。

孔隙的内部化学成分可以与负载分子相互作用(类似于高效液相色谱柱中的填料)。这可以通过调整来减缓或加快分子的释放。图6显示了来自两个不同矩阵的发布配置文件。两种情况下有效载荷分子是一样的。两者之间的区别是由硅烷醇前驱体确定的孔隙内部化学性质。快速释放基质对有效载荷分子的亲和力较低，在一天多的时间内释放100%的有效载荷。缓释矩阵在同一时间段内只释放40%的有效载荷。即使在7天后，缓释矩阵也只释放了60%的有效载荷。

一个类似的实验显示了从两种不同孔径的颗粒中释放出的有效载荷分子。微孔和介孔体系具有不同的释放速率。在一天的时间里，你可以看到介孔系统释放了近60%的有效载荷。而微孔系统在同一时间段内只释放约10%的气体。区别仅仅在于气孔的大小(图7)。

使用这些方法，可以根据产品所需的应用程序调整产品的发布速率。与传统缓蚀剂相比，该缓蚀剂的主要优点是能够在涂层的生命周期内以恒定的速率释放缓蚀剂。图8显示了传统未包覆缓蚀剂与带有抑制缓蚀剂(如Inhibispheres)等控释机制的包覆缓蚀剂加药机理的对比曲线。一开始，传统抑制剂的剂量很高，但材料已经用完，无法在涂层的生命周期内保持恒定的保护水平。此外，当传统的缓蚀剂用完后，会在涂层中留下空洞，这可能会导致涂层失效，因为涂层孔隙率显著增加。封装的缓蚀剂释放速率的调整意味着可以实现恒定的释放，并在涂层的整个生命周期内提供有效剂量。换句话说，像抑制剂这样的缓释系统可以更有效地利用活性物质(如抑制剂)。

行动方式

抑制剂可以通过在篮磨机或珠磨机上与适当的分散剂(用于液体涂层)或在挤出机(用于粉末涂层)碾磨分散在涂层中。粒子本身本质上是二氧化硅或杂化二氧化硅。一旦均匀地分散在涂层中，抑制素就会被水分的存在激活。一般来说，没有水分就不会有腐蚀。湿气可以通过穿透涂层或在涂层中破裂的方式到达基材表面。

抑制剂中使用的抑制剂是有机或有机金属性质的。它们的作用方式与传统的腐蚀颜料不同。有机分子被缓慢溶解，并随着溶剂前端移动到金属表面。一旦进入金属表面(图9)，抑制剂通常会防止阳极部位的腐蚀引发剂(如Cl)对金属表面的攻击^-,所以₄^{2 -}H₂O)。

性能

对智能添加剂的真正测试是它与现有技术的表现如何。缓蚀剂已被应用于许多不同的场景，以探索其防腐潜力。

传统抑制剂对比

将智能缓蚀剂的性能与传统缓蚀剂进行了比较。

冷轧软钢表面涂有高光溶剂型2K环氧树脂。以10%的质量载荷在涂层中添加磷酸硅酸锶锆(SZP)，使涂层厚度达到85 μm。在相同的涂层类型中，添加2%的抑制素A，涂层厚度可达60 μm。smart抑制剂的加入与SZP相比粒径较小(D50 = 0.5 μm)，对涂层的光泽度影响不大，但降低了涂层的光泽度。

两个面板在固化后都用X标记，并添加到盐雾室1000小时。在试验室中放置1000小时后，面板被移除，涂层被剥离，以检查底部的腐蚀性能，以及沿着刻度线的蠕变(表2)。与传统的SZP型缓蚀剂相比，涂层中使用的Inhibispheres显著降低了蠕变。表2还显示了每个面板的腐蚀蠕变平均值以及从刻蚀器出发的最长蠕变。抑制剂颗粒的重量为15%。抑制剂颗粒在涂层中的负载量为2%，因此涂层中抑制剂的总重量为0.3%。在1000小时的腐蚀测试过程中，smart Inhibispheres颗粒中0.3%的有机缓蚀剂优于10%的SZP传统缓蚀剂。有机缓蚀剂非常有效，在某些部分(X的右下分支)，1000小时后，有效腐蚀蠕变为0毫米。

剂量反应试验

采用高配度醇酸底漆，测试了增加抑制剂用量的影响。在底漆中188金宝搏bet官网加入不同浓度的材料，以评估其对腐蚀性能的影响。试验采用喷砂冷轧软钢(EN10130)进行。面板表面采用单层涂层，DFT为~75 μm。涂覆的面板被添加到盐雾室进行ASTM B117测试。这些嵌板没有标明出处。原底漆已经含有磷酸锌缓蚀剂以及云母氧化铁用于控制腐蚀。经过500小时的测试，这些涂层的腐蚀性能如表3所示。

在涂层中加入抑制素显示出典型的剂量反应。镀层中的抑制素越多，测试板上的腐蚀就越少。活性物质的释放对减少涂层领域的腐蚀有显著的影响。智能的Inhibispheres非常有效，在10%的负载下，几乎看不到测试面板上的腐蚀迹象。

提高腐蚀等级

该缓蚀剂还可用于提高含有传统缓蚀剂的涂层系统的腐蚀等级，从而提高腐蚀性能，并在超出传统预期的时间内延长防腐效果。

两层腐蚀系统适用于C3腐蚀环境。^{4 - 6}双涂层系统由富锌环氧底漆和聚氨酯面漆组成。将抑制素A添加到涂层体系的底漆层中，并与原底漆进行比较。此外，还制备了适用于C5M或C5I腐蚀环境的三层体系。三层体系的底漆和面漆与两层体系的底漆和面漆相同。额外的一层是环氧构建层，以增加涂层系统的厚度和减少孔隙率(图10)。

面板被添加到盐雾室(ASTM B117)，暴露1000小时。腐蚀测试板可以在表4中看到，去除了书记官周围的涂层。两层控制面板的性能最差，其次是三层控制面板。在底漆中添加抑制剂的两层腐蚀面板的性能最好。这表明，在底漆中添加少量(2 wt%)的Inhibispheres可以潜在地将涂层的腐蚀等级从C3级提高到C5级或更高。

结论

抑制剂是涂料行业中一种独特的产品。188BET竞彩它们代表了涂料和涂料配方商和制造商市场的一个重大变化。传统的缓蚀剂无法与这些智能添加剂竞争。

目前，Inhibispheres专注于缓蚀剂的控释，用于保护涂料、涂料、混凝土、橡胶和粘合剂中的黑色和有色基质，封装材料的性质可以很容易地改变。对于工业用途来说，明显的分子类型是缓蚀剂。然而，当你扩展有效载荷和/或微胶囊控制释放方面的保护时，你可以期待未来包括杀菌剂、效果颜料、抗氧化剂、阻燃剂、催化剂和颜色，这只是其中的一些。这种形式的封装可以帮助在特定的涂料配方中难以结合的分子和颜料(例如，水基体系中的铝颜料、罐内生物杀菌剂释放、混凝土中的有机色素)进行增容。封装技术使它们易于配方者使用。

这些智能添加剂的未来应用仅限于配方者的想象力。

参考文献

1 Lalgudi, R.油漆和涂料工业杂志，2017年11月，28-31页。

2 Lalgudi, R.;该隐,r;涂料和涂料工业杂志，2016年3月，第40-46页。

威尔逊，G.;Andersson, H.M.油漆和涂料工业杂志，2012年5月，第58-60页。

BS EN ISO 12944 -用保护涂料系统对钢结构的涂料和清漆进行防腐。

ISO 9223——金属和合金的腐蚀——大气腐蚀——分类。

AS/NZS 2312:2002——用保护涂层保护结构钢免受大气腐蚀的指南。