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微胶囊及其在自修复涂层中的应用 　　摘要：本文介绍了微胶囊及微胶囊自修复涂层。对微胶囊的合成方法，材料选择进行总结，并分析了自修复涂层的影响因素。 　　关键字：微胶囊;自修复;涂料;智能涂层 　　基金项目：重庆交通大学研究生教育创新基金（编号 　　微胶囊是指通过成膜材料包覆分散性的固体、液体或气体而形成的具有核-壳结构的微小容器。具有特定需要的核，称为囊芯或芯材。起包裹作用的壳称为囊壁，正常情况下囊壁起到屏蔽作用，保护芯材，使胶囊粒子稳定存在，当受到外界环境变化的刺激，囊壁破裂，芯材释放出来。微胶囊的大小一般为1～1000um，囊壁的厚度为0.1～150um，芯材占微胶囊总质量的20～95%。由于微胶囊技术的进步，目前已制备出了纳米级的微胶囊，粒子大小可达到1～1000nm。根据核-壳结构的差异，结构形态常见的有单核、多核、双壁、复合微胶囊等。 　　 1954年NRC公司利用凝聚法，制备含油明胶微胶囊，并成功生产出无碳压敏性复写纸，首次实现了微胶囊技术的工业应用。随后几十年里，美国、英国、日本等国对微胶囊技术进行了更多的研发和应用，使微胶囊技术进一步系统化。目前，微胶囊技术已经在医药、食品、农药、涂料、黏合剂、化妆品、催化剂等领域得到了广泛的应用。 1、微胶囊的合成 　　在微胶囊合成材料的选择方面，芯材一般为满足特定需要的物质，可为油溶性、水溶性化合物或混合物。囊壁是决定微胶囊性能的关键因素，要求是性能稳定、成膜性好、无刺激性、有一定的强度及可塑性等，一般为各类高分子材料。微胶囊的合成方法主要有化学法、物理法、相分离法 （1）化学法：主要利用单体小分子发生聚合反应生成高分子成膜材料包覆囊芯。主要包括界面聚合，原位聚合法，悬浮交联法。 （2）物理法：主要是利用机械原理的方法合成微胶囊。包括空气悬浮法，喷雾干燥法，溶剂蒸发法，熔化分散冷凝法等方法。 （3）相分离法：利用聚集现象，将芯材分散在外壳物质的溶液中。通过改变pH、温度加入电解质等方法，使含有核心物质的外壳聚集物产生聚集现象，从而分离出来。包括凝聚法，油相相分离法等。 微胶囊自修复涂层 　　涂料应用于各类金属与非金属表面，起到装饰外观和防止基材腐蚀的作用。在使用过程中，涂层会因受光、热和力等因素的影响产生裂纹损伤甚至出现脱落现象，对于苛刻腐蚀环境下的重度防腐以及飞机汽车等行业的高装饰影响更为严重。对受损涂膜进行及时的修补，可以延长涂层的使用寿命，保证涂层的美观完整，避免基体暴露腐蚀。微胶囊自修复涂层涂层实际上是将包裹有潜在反应活性的修复剂微胶囊与具有引发或催化活性的化学物质分散在涂层中。当涂层发生损伤，产生微裂纹后，不依靠外界操作，胶囊破裂，修复剂与催化剂相互作用，在裂纹处聚集、补充、缝合而自愈，从而阻止裂纹进一步扩展，保持涂层的美观完整。这一过程可以通过将微胶囊和催化剂直接加入到底漆中，或者将修复材料均匀涂装在底漆与面漆之间形成类似于三明治的结构得以实现。 　　White等[1]最先将微胶囊技术应用于自修复领域，制备了脲醛树脂（UF）包覆双环戊二烯（DCPD）微胶囊。将其与催化剂一起埋覆在树脂材料基体中，当基体损伤，微胶囊破裂双环戊二烯（DCPD）修复液流出，并与催化剂接触发生聚合反应，将裂纹黏结，从而阻止裂纹进一步扩展。Toohey等[2]制备的微血管网络是对微胶囊的改进应用，该微血管网络自修复涂层材料可以实现对涂层损伤的多次修复。由美国霍普金斯大学应用物理实验室和美国海军研究办公室（ONR）共同研发一种名为ployfiberblast的新型涂料添加剂，可以直接添加到涂料底漆中。其主要成分是包裹树脂的微胶囊粒子，一旦受损树脂释放出来，形成一道防水层，保护涂层下金属不被腐蚀。日本的丰田和尼桑两家公司也使用微胶囊自修复涂料，修复汽车表面刮痕，使用年限可达到3年。国内，王巍[3]等制备一种微胶囊，将其作为填料埋置在涂层中，涂覆在Q235钢表面，固化后将涂层划伤。模拟海水环境，考察自修复涂层在潮湿高盐环境下的自修复能力。发现涂层对划痕有一定的修复作用。邢瑞英等[4]以醛树脂为囊壁， 加入适量光敏剂的乙烯基硅油为囊芯，采用原位聚合方法成功合成了自修复功能微胶囊，应用于粘接涂料受损而溢出的芯材会在紫外光环境下实现光敏聚合和自修复，并能显示出有机硅涂料的良好耐候、耐热及耐化学腐蚀的优异特性。 　　3、修复效率影响因素 　　利用微胶囊技术制备自修复涂层时，修复效率受诸多因素的影响： ① 芯材需具有良好的化学性能和物理性能，不溶解壁材，胶囊破裂之前稳定地保存。黏度低、易流动，保证释放出来后能够较快渗入裂纹中。具有适当的反应活性，在环境温度下迅速发生聚合反应，聚合后体积收缩小，避免产生新的应力裂纹。修复剂聚合后的材料性能应优于或接近涂层材