White等人在2001年描述的自修复聚合物体系1基于Grubbs的催化剂引发双环戊二烯(DCPD)在损伤部位的开环复分解聚合(ROMP)，从而愈合损伤并恢复结构连续性。虽然基于微胶囊的自愈合技术的成功演示，但由于催化剂的化学稳定性和成本，这种方法被认为不适合商业应用。自那以后，几种新的化学物质被开发出来应用于弹性体，2涂料3.和复合材料。4在本文中，我们评估了基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的化学物质在开发用于重型工业和海洋应用的自愈合涂料中的应用。
热固性涂料应用
热固性涂料，如环氧树脂和环氧乙烯基酯涂料，由于其耐化学性和耐腐蚀性，通常用于侵略性的工业和海洋应用。然而，当这些涂层最终由于环境因素和大量使用而受损时，基材就会暴露在外，导致腐蚀的迅速发生。严重的腐蚀最终导致需要将设备下线进行维护。一种基于pdms的自修复系统已经开发出来，该系统使材料能够在不需要外部干预的情况下修复机械损伤。3.
图2所示的自愈系统由两种微胶囊组成。第一种类型包含端羟基PDMS (HOPDMS)和聚二氧基硅氧烷(PDES)的混合物和适当的溶剂，添加的目的是粘度改性。第二种类型包含一种混合的锡催化剂和一种溶剂封装在一起的聚氨酯微胶囊。这两种胶囊品种在应用于基材之前被添加到涂层中。对所得到的涂层的破坏会使微胶囊破裂，将其内容物释放到损伤部位，在那里它们混合、反应和聚合以修复损伤。图3说明了发生在损伤部位的反应。端羟基PDMS在有机锡催化剂的存在下与PDES反应。反应产生交联网络并释放乙醇作为缩合产物。
图4显示了该自愈系统性能的初步演示。制备了四种相同的环氧乙烯基酯涂层，并将其应用于冷轧钢板基体。第一个版本(图4a)是不含自愈添加剂的基本对照样品。第二个版本(图4b)是一个完整的自愈合系统，包含树脂微胶囊(包含HOPDMS和PDES)和催化剂微胶囊(包含有机锡催化剂)。第三个版本(图4c)只含有树脂微胶囊，而最终版本(图4d)只含有催化剂微胶囊。所有样品在50°C下愈合24小时，然后在盐溶液中浸泡120小时。
由此产生的样本揭示了两个重要的观察结果。首先，一个完整的自愈系统的加入，将传统的基本涂层升级为功能齐全的自愈涂层。其次，自愈依赖于损伤部位屏障性质的恢复，这是由于两种微胶囊的内容物反应形成新的聚合材料的结果。对完全配方的商用环氧树脂和环氧乙烯基酯涂料进行了类似的观察。
在弹性涂料中的应用
我们还在硅树脂等弹性体涂层中展示了自我修复功能。基于凯勒等人的研究，2我们开发了一种不同的基于pdms的自修复系统，应用于硅树脂和其他软涂层。该体系是基于pt催化乙烯基端部PDMS的硅氢化反应。与上一节所述系统的情况一样，聚合物系统中的树脂和固化剂组分被微囊化在两种微胶囊中，并在应用于基材之前添加到涂层中(图5)。最终涂层的损坏会使微胶囊破裂，将内容物释放到损坏部位，在那里它们混合、反应和聚合。反应示意图如图6所示。乙烯基端部PDMS树脂与活性甲基氢硅氧烷在铂催化剂存在下反应生成交联网络。
该自愈系统在市售硅酮涂层中进行了评估，硅酮涂层是一种耐腐蚀涂层。图7展示了应用于冷轧钢基材的相同涂层的两个版本。对照样品按制造商提供的方法使用，同时将含有自愈剂的微胶囊添加到自愈样品中。两种样品都被刻蚀，在室温下愈合24小时，然后根据ASTM B117将其暴露在盐雾中120小时。正如预期的那样，观察到对照样品在刻蚀区域内和周围生锈。在对照样本的切出区域周围也观察到水泡。观察到自愈合样品上的刻痕愈合，扩展了衬底的保护。在样品的任何地方都没有观察到生锈或起泡(图7)。
结论
我们已经成功地将最初为聚合树脂和增强聚合物复合材料设计的自修复技术转化为涂料。两种不同的基于pdms的化学物质被用于商业热固性和弹性涂层中实现自愈合功能。本文中所展示的样品是由含有自愈合微胶囊添加剂的下拉涂层制备的。然而，我们已经证明了使用虹吸式喷枪和高固体静态混合喷雾系统应用类似涂层的能力，并通过该应用过程证实了微胶囊的存活。
这篇论文在2011年拉斯维加斯的SSPC上发表，也发表在2011年8月的the防护涂料与衬里杂志。
参考文献
1怀特，S.R.;赛托斯,天然橡胶;由P.H. Geubelle;摩尔,j.s;凯斯勒,核磁共振;斯利,狭义相对论;“布朗;维斯瓦纳坦《自然》2001， 409,794 -797。
凯勒，M.W.;白色,狭义相对论;索托斯，n.r.a d。板牙。2007， 17, 2399-2404。
3 Cho, S.;白色,狭义相对论;布劳恩，P.V.脱线。2008， 20, 1-6。
卡鲁索，M.M.;Blaiszik B.J.;白色,狭义相对论;赛托斯,天然橡胶;摩尔，j.s.ad . Func。板牙。2008， 18, 1898-1904。
5 Cho, S.;白色,狭义相对论;布劳恩，P.V.脱线。2009， 21, 645-649。
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