[发明专利]一种光热自修复碳纳米管增强环氧耐磨涂层及其制备方法

说明书

本发明公开一种光热自修复碳纳米管增强环氧耐磨涂层的制备方法，包括步骤：1)按质量份数为1～10份的CNTs、50～200份的Tris‑HCl缓冲溶液、5～80份的多巴胺盐酸盐混合，经超声、搅拌、离心、冷冻干燥后得到PDA/CNTs粉末；2)取质量份数为1～10份的PDA/CNTs粉末、1～30份的氟聚合物、5～100份的乙醇和5～150份的乙酸乙酯超声处理后得到填料混合溶液；3)按质量比1∶1～12∶1取热固性树脂和固化剂添加到所述步骤2的填料混合溶液中，搅拌、匀浆后喷涂在预处理后的金属基材上，在50‑180℃下固化1‑20h后得到光热自修复碳纳米管增强环氧耐磨涂层；该涂层能够在光照条件下远距离触发热修复，具有快速、精确、可循环修复大尺度损伤的优点，该方法制备工艺简单，可实现大面积制备，所用原料环保安全无毒。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，涉及碳纳米管涂层，具体涉及一种光热自修复碳纳米管增强环氧耐磨涂层及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，涂层在航空航天、海洋防护、能源器件、建筑材料及电子设备等领域得到广泛应用。涂层包括航天器外层的隔热涂层，船只表面的防腐涂层，风力发电叶片上的防风沙冲击涂层，建筑外墙的自清洁涂层，电子设备的封装涂层等。

涂抹在基体表面的涂层在使用过程中，通常受到环境温度、湿度、酸碱度或者人为外力破坏的因素，使涂层产生破损和开裂，导致涂层的使用寿命缩短。涂层破损未及时修复会降低涂层对基体的防护作用以及涂层的附着力，致使涂层的防护作用失效，导致基体破损造成经济损失或者人员伤害。目前破损的涂层通过人为修补或者更换涂层的方式进行修复，修复工艺繁琐且造价昂贵。

随着涂层材料的不断发展，人们基于自然界自修复现象在仿生学指导下，制备出自修复涂层。自修复涂层根据修复机制分为外源型自修复涂层和内源型自修复涂层。外源型自修复涂层的原理是指将催化剂包裹体或修复剂存储于容器内并提前填充于基体中，当基体在使用过程中受到环境温度、湿度、酸碱度或者人为外力破坏而破损时，催化剂包裹体破裂或者修复剂从负载的容器中释放出来，从而达到自修复的过程。内源型自修复涂层的原理是指基体通过自身的相变、可逆的动态键、氢键、非共价化学键以及链缠结机制物理化学性质所实现的自修复过程。

然而，外源型自修复涂层和内源型自修复涂层均需要通过外界能量的输入或者刺激等触发手段才能启动自愈过程。目前，常用触发手段是利用热源对基体加热，基体受热后引发自修复，但是，传统的加热方式只能在短距离范围内引发自修复，受热过程还会破坏基体受损区域以外的涂层结构，造成涂层材料的浪费和经济损失。

随着涂层材料的进一步发展，光照产热的新型自修复涂层得到广泛应用。光照产热的新型自修复涂层的原理是指利用光源远距离触发基体受热，基体受热后引发自修复的过程。该光热触发自修复涂层针对涂层基体无严苛要求，不论涂层基体是共价键与非共价键均可修复，针对水下或者真空等特殊环境的涂层基体修复有着极其重要的意义。该光热触发自修复涂层还可以通过调整光照位置和光斑大小，实现涂层的局部高精度自修复，避免光源对涂层完好区域的热损伤和副作用；以及通过调节光源波长和强度条件，实现光热效应最大化的利用，同时，可直接利用太阳光源修复涂层。

Composites science and technology，2016，133：165-172期刊中公开了一种利用光热效应自修复聚氨酯涂层，该涂层是科学家Peng通过在聚氨酯涂层中添加0.04％的金纳米颗粒，后在激光照射下金纳米颗粒产生大量的热使树脂熔融，并流向受损处，冷却后重新结晶进而修复表面损伤，最终达到恢复其表面状态及力学性能的涂层。

中国发明专利文献CN 107057326 A公开了一种光响应形状自修复符合材料，将具有优异光热效应的聚多巴胺复合在具有形状记忆自修复性能的聚合物材料基体中，通过可见光到近红外光波段的光源光照方式实现修复。光响应形状自修复符合材料在使用过程中产生裂纹或损伤，通过光照的方式实现自修复；如果出现大形变的破坏通过形状记忆功能，使破坏面相互接触进行修复。修复和形状记忆功能所需温度都可通过聚多巴胺的引入，产生的光热效应实现。