桐油/羊毛脂微膠囊涂層的防銹性能和附著力研究

安金亮，萬(wàn) 萌，湯 勝，霍曉俊

(河北工程大學(xué)a.土木工程學(xué)院，b.生命科學(xué)與食品工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038)

0 前 言

眾所周知，金屬腐蝕是各行各業(yè)的普遍現(xiàn)象，不僅給國(guó)家經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大損失，也威脅著各行各業(yè)人員的生命安全。目前，國(guó)內(nèi)外通過(guò)非金屬和金屬涂層[1]、化學(xué)介質(zhì)處理[2]、電化學(xué)保護(hù)[3]等技術(shù)對(duì)金屬進(jìn)行防護(hù)處理。Ma 等[4]通過(guò)界面聚合，制備了填充1，6-二烷基己烷和預(yù)聚物的氧化石墨烯改性雙壁聚脲微膠囊，將其填入環(huán)氧樹(shù)脂涂料制備了復(fù)合涂層。周攀虎等[5]研究了Al 涂層在污水儲(chǔ)罐不同位置的腐蝕行為。Deo等[6]用穩(wěn)定的堿性檸檬酸鹽鍍液在低碳鋼基體上電沉積獲得了富鎳單相Ni-Cu 合金鍍層，使得涂層具有良好的防護(hù)性能。Raman 等[7]研究發(fā)現(xiàn)銅表面涂覆石墨烯可將金屬的電化學(xué)抗降解能力提高1.5 個(gè)數(shù)量級(jí)，降低金屬腐蝕。但后3 種保護(hù)技術(shù)會(huì)增加成本[8]，目前防止金屬銹蝕的常用方法是在表面涂上非金屬防銹涂料。聚合物基涂層材料具有較強(qiáng)的力學(xué)性能和優(yōu)異的防銹性能等，被廣泛應(yīng)用于防護(hù)材料[9]。但大量研究表明，聚合物基復(fù)合材料的耐高溫性能和抗固體顆粒沖蝕磨損性能相對(duì)較差[10-14]，當(dāng)涂層長(zhǎng)期受到外界條件因素的影響，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)改變，從而產(chǎn)生微孔及裂縫，涂層的防護(hù)性能失效[15，16]。

自修復(fù)技術(shù)為修復(fù)涂層中的微裂紋提供了有效途徑[17，18]。聚合物由于其易于改性的能力，廣泛用于生產(chǎn)各種保護(hù)涂層，微膠囊便是其中的一種[19]。與眾多自修復(fù)技術(shù)相比，微膠囊自修復(fù)技術(shù)具有不易受外界影響、修復(fù)效率高等優(yōu)點(diǎn)，有良好應(yīng)用前景[20]。微膠囊法埋植技術(shù)作為其中的一種，使用效率高且易于操作[21-23]。王貴容等[24]將月桂酸和脲醛樹(shù)脂采用兩步法制備微膠囊，所制備的涂層具備自修復(fù)的特性。Han等[25]研究發(fā)現(xiàn)，以聚苯胺/環(huán)氧共聚物為芯材，脲醛樹(shù)脂為壁材的微膠囊，摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%時(shí)，復(fù)合涂層具有良好的自修復(fù)和耐腐蝕性能。閆小星等[26]以脲醛樹(shù)脂為壁材，氟樹(shù)脂和水性涂料為芯材制備微膠囊，當(dāng)微膠囊的芯壁比為3 ∶4，涂層中微膠囊摻量為7%時(shí)，復(fù)合涂層的耐老化性能最優(yōu)。脲醛樹(shù)脂(UF)耐水性、耐熱性、老化性較差，且存在甲醛釋放的危害，造成環(huán)境污染。微膠囊大多數(shù)使用修復(fù)劑或緩蝕劑，同時(shí)使用這兩者的微膠囊研究報(bào)道較少，且只針對(duì)單一涂料體系進(jìn)行研究。

基于上述問(wèn)題，本工作選用桐油作為修復(fù)劑，羊毛脂作為金屬緩蝕劑，兩者按質(zhì)量比為5 ∶1 混合作為芯材，通過(guò)原位聚合法制備自修復(fù)微膠囊；同時(shí)對(duì)微膠囊改性的4 種復(fù)合涂層進(jìn)行附著力和耐腐蝕性能測(cè)試。

1 試 驗(yàn)

1.1 微膠囊的制備

選用桐油和羊毛脂(質(zhì)量比5 ∶1)作為芯材、三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂(MUF)作為壁材，在水包油(O/W)溶液中發(fā)生縮合反應(yīng)，將聚合物包覆在芯材表面，逐漸形成致密的外殼，最終制得微膠囊。具體工藝流程如圖1。

圖1 微膠囊制備流程Fig.1 Flow chart of synthesis of microcapsules

將2.0 g 尿素和5.060 g 甲醛(質(zhì)量分?jǐn)?shù)37%)，放置于25 mL 燒杯中，滴加NaOH 調(diào)節(jié)溶液至pH ＝8.5，在70 ℃恒溫水浴鍋中磁力攪拌10 min，加入0.6 g 三聚氰胺和0.996 g 甲醛，再次調(diào)節(jié)溶液至pH＝8.5，反應(yīng)10 min，得到透明穩(wěn)定的預(yù)聚體A 待用。配制連續(xù)相B:乙烯馬來(lái)酸酐EMA(質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%)12.0 g、聚乙烯醇PVA1788(質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%)2.0 g、間苯二酚0.4 g、氯化銨0.2 g 和去離子水146.0 g。將連續(xù)相放入500 mL燒杯并固定在水浴鍋中，在43 ℃條件下機(jī)械攪拌，將24.0 g 芯材(芯材為桐油和羊毛脂，桐油T ∶羊毛脂Y＝5 ∶1)滴加到連續(xù)相B，同時(shí)機(jī)械攪拌得到穩(wěn)定乳液C。將第1 批預(yù)聚體A 逐滴加入C 中，用鹽酸調(diào)至pH ＝3.1，反應(yīng)1.5 h，得到O/W 溶液；在C 中繼續(xù)加入2.0 g EMA 和0.2 g 間苯二酚，將第2 批預(yù)聚物A 逐滴加入O/W 溶液中，調(diào)至pH＝3.1，繼續(xù)反應(yīng)1.5 h；最后，在C中再次加入2.0 g EMA 和0.2 g 間苯二酚，逐滴滴入第3 批預(yù)聚體A，最終pH 值為3.5。反應(yīng)30 min 后，將體系溫度調(diào)升至60 ℃，繼續(xù)反應(yīng)2.0 h 后結(jié)束；上述反應(yīng)過(guò)程都伴隨機(jī)械攪拌。之后，漿料自然冷卻、過(guò)濾、干燥，最終收集得到微膠囊粉末。

1.2 復(fù)合涂層的制備

試驗(yàn)參照GB/T 09721-2008“色漆和清漆標(biāo)準(zhǔn)試板”中規(guī)定[27]?；w材料選用Q235 鋼板，尺寸為60 mm×60 mm×2 mm，先后用800 目和1 400 目砂紙進(jìn)行打磨處理，然后用去離子水和無(wú)水乙醇分別超聲清洗處理表面的浮灰和油脂，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干。

將微膠囊按不同摻量加入丙烯酸涂料中，添加一定量的消泡劑、稀釋劑和固化劑，攪拌使其充分混合均勻?yàn)橹?，用羊毛刷蘸取涂料并均勻刷涂一層在Q235 鋼板上表面，固化12 h 后用同樣工藝刷涂鋼板另一面。用上述的工藝制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)0，5%，10%，15%微膠囊改性的丙烯酸復(fù)合涂層，研究最優(yōu)摻量。為探究試驗(yàn)所制備的微膠囊與不同防水涂料體系的適配性和防銹性能，將10%的微膠囊分別摻入環(huán)氧富鋅涂料、環(huán)氧樹(shù)脂涂料和聚氨酯涂料。涂層的平均厚度為120 μm。

1.3 測(cè)試分析

1.3.1 微膠囊

(1)形貌 采用XSP-2CA 雙目光學(xué)顯微鏡(OM)和JEOL-JSM 5600LV 掃描電鏡(SEM)觀察微膠囊形貌。

(2)熱穩(wěn)定性 采用TA Q50 熱重分析儀測(cè)試失重曲線。

1.3.2 復(fù)合涂層

(1)防銹性能 涂層固化72 h 后，用雕刻刀劃出50 mm 長(zhǎng)的“X”形劃痕，滿足GB/T 30786-2014“色漆和清漆腐蝕試驗(yàn)用金屬板涂層劃痕標(biāo)記導(dǎo)則”中規(guī)定[28]。室溫下修復(fù)24 h 后，放入10%的鹽水中浸泡168 h，觀察涂層固化72 h、劃痕修復(fù)24 h 和鹽水浸泡24，72，120，168 h 后的耐腐蝕情況。

按照GB/T 1766-2008“色漆和清漆涂層老化的評(píng)級(jí)方法”對(duì)耐老化等級(jí)進(jìn)行量化[29]。

(2)附著力 用QDX 漆膜多用測(cè)試儀測(cè)試涂層的附著力。每組摻量制備5 個(gè)試塊，符合GB/T 9286-1998“色漆和清漆漆膜的劃格試驗(yàn)”標(biāo)準(zhǔn)[30]。具體評(píng)價(jià)附著力等級(jí)如表1 所示。

表1 附著力評(píng)定表Table 1 Adhesion evaluation table

2 結(jié)果與討論

2.1 乳化條件對(duì)微膠囊形貌的影響

2.1.1 乳化時(shí)間

在乳化階段，乳化時(shí)間的不同會(huì)導(dǎo)致乳化效果和穩(wěn)定性有所差異。如圖2 所示，當(dāng)其他反應(yīng)條件一致，乳化反應(yīng)5 min 時(shí)，乳化液滴分散不均勻，仍有大液滴沒(méi)有被剪切破碎，顯微鏡中能看見(jiàn)大塊油狀物質(zhì)。隨著乳化時(shí)間的增加，達(dá)到15 min 時(shí)，由于乳化時(shí)間較長(zhǎng)，乳液在長(zhǎng)時(shí)間剪切作用下被反復(fù)剪碎，乳液分散極為不均，乳化5 min 和15 min 都比乳化10 min 所得的微膠囊顆粒均一度差。由圖2 可以得出:當(dāng)乳化時(shí)間為10 min 時(shí)，乳液分散成若干個(gè)大小均勻的小液滴，液滴形態(tài)穩(wěn)定。

圖2 不同乳化時(shí)間下微觀形貌(160×)Fig.2 Micromorphology under different emulsification time (160×)

2.1.2 乳化轉(zhuǎn)速

在乳化反應(yīng)階段，利用機(jī)械攪拌棒上的四葉片高速攪拌對(duì)溶液中的液滴產(chǎn)生的巨大剪切力，使其破裂分散開(kāi)，攪拌成均勻的乳液。因此乳化轉(zhuǎn)速的大小對(duì)微膠囊的粒徑和表面形貌有一定的影響。圖3 為乳化相同階段，用光學(xué)顯微鏡(OM)拍攝的不同攪拌速率下微膠囊形貌。由圖3 可得:當(dāng)乳化轉(zhuǎn)速過(guò)小時(shí)，芯材乳化不充分，四葉片攪拌不能提供較大的剪切力去分散液滴，使得剪切的液滴粒徑偏大，導(dǎo)致微膠囊粒徑偏大且分布較為不均。當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)大，相應(yīng)產(chǎn)生的剪切力也偏大，可能乳化過(guò)度，微膠囊形態(tài)不一，甚至存在壁材 破裂。

圖3 不同乳化轉(zhuǎn)速下微膠囊OM 照片(160×)Fig.3 OM photos of microcapsules at different emulsifying speeds(160×)

為了進(jìn)一步研究乳化轉(zhuǎn)速對(duì)最終微膠囊形貌及性能的影響情況，將上述乳化條件下得到的微膠囊噴金制樣，采用掃描電子顯微鏡進(jìn)一步表征不同條件下微膠囊的形貌特征，結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4 可得:800 r/min下微膠囊出現(xiàn)大量團(tuán)聚現(xiàn)象，粒徑達(dá)到200～300 μm，形狀不規(guī)則且表面皺縮；轉(zhuǎn)速為1 300 r/min 時(shí)，微膠囊呈球形但粒徑分布不集中，從50～150 μm 不等，有少許粘結(jié)；當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1 800 r/min，微膠囊粒徑呈圓球狀，粒徑分布在70 μm 左右，分散性良好；當(dāng)轉(zhuǎn)速增至2 300 r/min，有少許微膠囊出現(xiàn)破乳現(xiàn)象。因此轉(zhuǎn)速1 800 r/min 時(shí)微膠囊形貌規(guī)則、外殼完整及粒徑均勻。

圖4 不同乳化轉(zhuǎn)速下微膠囊的微觀形貌(50×)Fig.4 Micromorphology of microcapsules at different emulsification speeds(50×)

2.2 芯壁比對(duì)微膠囊包覆的影響

在制備微膠囊時(shí)，芯材和壁材的質(zhì)量比對(duì)微膠囊包覆情況有影響。當(dāng)其他參數(shù)不變，只選擇芯壁比為單一變量，取值1 ∶2，1 ∶1，4 ∶3。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):當(dāng)芯壁比為1 ∶2時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，燒杯中溶液分層較為明顯，溶液中部顏色偏黃，底部沉積比較多，可能是由于反應(yīng)中三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂較多。隨著芯材的不斷增加，當(dāng)芯壁比為4 ∶3時(shí)，燒杯底部幾乎沒(méi)有白色分層現(xiàn)象，由于反應(yīng)加入的壁材含量過(guò)少，最終過(guò)濾時(shí)溶液較為黏稠，且發(fā)現(xiàn)有液滴粘連成塊的現(xiàn)象。當(dāng)芯壁比為1 ∶1 時(shí)，三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂的沉積減少，且微膠囊過(guò)濾時(shí)溶液明顯偏白。

圖5 為單個(gè)微膠囊表面微觀(SEM)形貌?？梢?jiàn)隨著芯壁比的增加，微膠囊囊壁變薄，強(qiáng)度下降。芯壁比為1 ∶2 時(shí)，微膠囊囊壁有大量三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂團(tuán)聚物；當(dāng)芯壁比達(dá)到1 ∶1，囊壁最為致密且光滑，細(xì)小的顆粒均勻沉積到微膠囊表面，團(tuán)聚凸起物明顯降低；增加芯壁比至4 ∶3 時(shí)，囊壁較薄且有凸起不平的粒子，微膠囊機(jī)械強(qiáng)度低。

圖5 不同芯壁比微膠囊的微觀形貌(1 000×)Fig.5 Micromorphology of microcapsules with different core/shell ratios(1 000×)

2.3 微膠囊的熱穩(wěn)定性

圖6 為羊毛脂(Y)、桐油(T)、微膠囊和三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂(MUF)的失重曲線。

圖6 桐油(T)、羊毛脂(Y)、微膠囊和三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂(MUF)的熱重分析曲線Fig.6 TGA curves of Tung oil (T)，lanolin (Y)，microcapsule and melamine-urea-formaldehyde resin (MUF)

可以看出:羊毛脂在296 ℃左右開(kāi)始分解，完全分解時(shí)溫度達(dá)到480 ℃。桐油在388 ℃左右開(kāi)始分解，500 ℃時(shí)分解結(jié)束。三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂壁材在135 ℃時(shí)質(zhì)量損失5%，是微膠囊吸收了空氣中的水分后受熱揮發(fā)導(dǎo)致；當(dāng)溫度達(dá)到220 ℃時(shí)，三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂開(kāi)始分解；隨著溫度繼續(xù)升高，質(zhì)量損失增大，500 ℃時(shí)完全分解。與段體崗等[31]研究的脲醛樹(shù)脂壁材在210℃開(kāi)始分解，350 ℃完全分解相比，三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂壁材可以耐更高溫度。微膠囊質(zhì)量損失過(guò)程為:220 ℃時(shí)，三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂殼材分解，三聚氰胺-脲醛樹(shù)脂并未完全分解時(shí)羊毛脂開(kāi)始分解，溫度達(dá)到388 ℃時(shí)羊毛脂并未完全分解，此時(shí)桐油開(kāi)始進(jìn)行分解，當(dāng)溫度為480 ℃時(shí)羊毛脂結(jié)束分解，最終溫度至500 ℃，桐油完成全部分解過(guò)程。結(jié)果表明:桐油和羊毛脂2 種芯材已經(jīng)成功被微膠囊包覆，且微膠囊具有良好的熱穩(wěn)定性。

2.4 微膠囊涂層的防銹性能

試驗(yàn)顯示，10%鹽水浸泡后，10%微膠囊改性的復(fù)合涂層表面生銹處最少，5%微膠囊改性的復(fù)合涂層的耐腐蝕效果最差。觀察不同摻量微膠囊改性的丙烯酸復(fù)合涂層在不同時(shí)間下的宏觀腐蝕現(xiàn)象，得出隨著鹽水浸泡時(shí)間的增加，劃痕處出現(xiàn)銹點(diǎn)并逐漸擴(kuò)散。

摻入10%微膠囊改性的復(fù)合涂層在鹽水中浸泡48 h 后，含銹量最少，與其他2 組相比顏色明顯更淺。由于5%摻量相對(duì)較低，當(dāng)微膠囊受到外力作用時(shí)，壁材破裂后，內(nèi)部釋放出的修復(fù)劑和緩蝕劑較少，對(duì)刮痕處的修復(fù)能力相對(duì)較弱，因此相比于另外2 組摻量的復(fù)合涂層，5%的涂層劃痕處最先出現(xiàn)腐蝕，并且伴隨著鹽水浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，劃痕處的銹蝕程度加劇。當(dāng)微膠囊摻入量為15%時(shí)，涂層內(nèi)微膠囊的含量比另外2 組多，對(duì)涂層的修復(fù)效果提升，但微膠囊的含量增多使得涂層與鋼板之間的附著力會(huì)有所下降，隨著浸泡時(shí)間增加，涂層表面鼓泡處逐漸增多。表2 為不同微膠囊摻量漆膜老化性能等級(jí)評(píng)定。由表2 對(duì)涂層表面鼓泡、剝離、生銹、開(kāi)裂等現(xiàn)象的綜合分析，可以得出:不同微膠囊摻量復(fù)合涂層表面的開(kāi)裂和剝離情況未發(fā)生改變，當(dāng)微膠囊添加量達(dá)到10%時(shí)，涂層表面出現(xiàn)鼓泡，鼓泡等級(jí)為1(S1)，15%時(shí)達(dá)到3(S3)，隨著摻量的不斷增加，生銹等級(jí)也隨之降低。微膠囊的最佳摻量為10%。

表2 不同微膠囊摻量漆膜老化性能等級(jí)的評(píng)定Table 2 Evaluation of aging properties of paint film with different dosage of microcapsules

當(dāng)劃破涂層時(shí)，劃痕處微膠囊也同時(shí)破裂，隨即芯材桐油和羊毛脂流出覆蓋劃痕處，形成保護(hù)膜實(shí)現(xiàn)裂紋修復(fù)。桐油具有優(yōu)異的干燥性和防水性，羊毛脂在金屬表面有良好的粘接力，二者熔融混合作為芯材在金屬表面交聯(lián)聚合，產(chǎn)生更致密的保護(hù)膜；三聚氰胺改性后的脲醛樹(shù)脂作為囊壁在制備復(fù)合涂層時(shí)不易破裂，保證微膠囊芯材量，提高修復(fù)效率。與崔業(yè)翔[32]研究的桐油/脲醛樹(shù)脂微膠囊相比，涂層的防銹效果顯著提升。

選用10%微膠囊分別摻入環(huán)氧富鋅、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯3 種防水涂料體系中，制備微膠囊改性的復(fù)合涂層來(lái)測(cè)試耐腐蝕性能。環(huán)氧富鋅復(fù)合涂層的表面有鼓泡且劃痕交叉處有剝離現(xiàn)象產(chǎn)生。環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合涂層銹點(diǎn)從“X”形劃痕交叉點(diǎn)處逐漸蔓延至劃痕區(qū)；聚氨酯復(fù)合涂層的劃痕處腐蝕程度最為明顯。表3 為不同體系復(fù)合漆膜老化性能等級(jí)評(píng)定。

表3 不同體系復(fù)合漆膜老化性能等級(jí)評(píng)定Table 3 Evaluation of aging properties of composite paint film of different systems

由表3 綜合劃痕處出現(xiàn)的情況來(lái)看，4 種涂料均未出現(xiàn)剝離和開(kāi)裂，且鼓泡數(shù)量均為1 級(jí)，但環(huán)氧富鋅復(fù)合涂層的鼓泡大小相對(duì)較大，等級(jí)為S4，聚氨酯復(fù)合涂層的生銹程度最高，生銹數(shù)量和大小等級(jí)達(dá)到5(S4)，丙烯酸復(fù)合涂層老化性能等級(jí)相較最優(yōu)。由此得出丙烯酸涂料與微膠囊適配性最佳。丙烯酸樹(shù)脂由丙烯酸酯類或甲基丙烯酸酯類及其他烯屬單體共聚組成，具有碳鏈雙鍵和酯基的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，形成的丙烯酸樹(shù)脂對(duì)光的主吸收峰處于太陽(yáng)光譜范圍之外，成膜過(guò)程中伴有反應(yīng)基團(tuán)的交聯(lián)反應(yīng)，具有良好的耐久性和耐光性[33]。桐油分子鏈上有活性較高的共軛三烯、共軛雙鍵、羧基等結(jié)構(gòu)，可與丙烯酸單體基團(tuán)發(fā)生加成反應(yīng)，使涂膜具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)復(fù)合涂層防水性和耐銹蝕性能。

2.5 自修復(fù)微膠囊摻量對(duì)金屬涂層附著力的影響

微膠囊的摻量對(duì)金屬涂料附著力有一定的影響。微膠囊用量越少，附著力越好，但修復(fù)效果不明顯，微膠囊用量過(guò)多，會(huì)降低涂料本身的力學(xué)性能。對(duì)不同摻量微膠囊改性的丙烯酸復(fù)合涂層進(jìn)行附著力劃格試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。可見(jiàn):微膠囊的摻入使丙烯酸復(fù)合涂層的附著力有不同程度的降低。與未摻雜涂層相比，5%和10%微膠囊的用量使得金屬試塊附著力等級(jí)少數(shù)降為1 級(jí)，15%微膠囊使漆膜附著力等級(jí)均降低1 個(gè)等級(jí)，總體相差不大。制備復(fù)合涂層采用直接混裝法，與賀子騰[34]選用“三明治”式涂裝法相比較，涂層工藝操作更為便捷，與其研究的同粒徑微膠囊涂層厚度更薄；將涂層附著力等級(jí)進(jìn)行比較，0 和5%的微膠囊涂層附著力等級(jí)提高了1 個(gè)等級(jí)，10%和15%微膠囊涂層附著力等級(jí)提高了2 個(gè)等級(jí)。

表4 不同摻量微膠囊改性的丙烯酸復(fù)合涂層附著力等級(jí)評(píng)定Table 4 Adhesion grade evaluation of acrylic composite coatings modified by microcapsules with different dosage

不同摻量微膠囊改性的丙烯酸復(fù)合涂層在10%NaCl 溶液中浸泡168 h 后進(jìn)行附著力劃格測(cè)試，附著力等級(jí)見(jiàn)表5。

表5 不同摻量微膠囊改性的復(fù)合涂層在10%NaCl 溶液中浸泡168 h 后的附著力等級(jí)Table 5 Adhesion grade of composite coatings modified by microcapsules with different dosage after soaking in 10%NaCl solution for 168 h

鹽水浸泡168 h 后，隨著微膠囊摻量的增多，漆膜附著力等級(jí)逐漸降低。5%和10%的微膠囊摻入后復(fù)合涂層附著力等級(jí)變化不大，多數(shù)降低1 個(gè)等級(jí)，其中5%微膠囊的漆膜等級(jí)大多由0 級(jí)變?yōu)? 級(jí)，10%微膠囊的漆膜附著力等級(jí)基本為2 級(jí)，15%的摻入量使得復(fù)合涂層附著力等級(jí)降低2 個(gè)等級(jí)，基本下降至3 級(jí)。

4 種純涂料體系制成涂層后在10%NaCl 溶液中浸泡168 h 后附著力等級(jí)如表6 所示。聚氨酯漆膜的附著力等級(jí)最差，丙烯酸涂料的附著力等級(jí)相對(duì)較好，多數(shù)樣品附著力測(cè)試結(jié)果等級(jí)為1 級(jí)。將10%的微膠囊摻入4 種涂料體系中，制成的復(fù)合涂層在10%NaCl 溶液中浸泡168 h 后的附著力等級(jí)如表7?？梢詫?duì)比得出:加入微膠囊后，4 種復(fù)合涂層的附著力等級(jí)有不同程度下降。浸泡168 h 后，丙烯酸復(fù)合涂層附著力效果最優(yōu)，聚氨酯復(fù)合涂層的附著力等級(jí)仍最差。這是因?yàn)榄h(huán)氧富鋅漆成分中含有氨基，能促進(jìn)附著力提高，且不易被水排出鋼板表面；聚氨酯的憎水氨基甲基酸酯主鏈上含有大量親水性基團(tuán)，固化后形成的涂膜遇水容易膨脹，導(dǎo)致涂料耐水性差，從而導(dǎo)致黏附性差[35，36]，而丙烯酸涂料中的粘合劑是主要的成膜物質(zhì)，從而使涂膜具有良好的附著性、韌性、耐磨性。

表6 4 種涂料體系在10%NaCl 溶液中浸泡后的附著力等級(jí)Table 6 Adhesionlevel of four coating systems after immersion in 10%NaCl solution

表7 微膠囊改性的4 種復(fù)合涂層在10%NaCl 溶液中浸泡后的附著力等級(jí)Table 7 Adhesion levels of four composite coatings modified by microcapsules after immersion in 10%NaCl solution

3 結(jié) 論

(1)通過(guò)探究乳化時(shí)間、乳化速度和芯壁比對(duì)微膠囊粒徑大小、分散情況和表面形貌等特征影響，得出最佳工藝為乳化10 min，乳化轉(zhuǎn)速為1 800 r/min，芯壁比為1 ∶1，所制備的微膠囊粒徑分散均勻，包覆性能較好，具有良好的熱穩(wěn)定性。壁材具有良好的耐久性，耐高溫性。

(2)將摻量分別為0，5%，10%，15%的微膠囊摻入丙烯酸涂料，制得改性復(fù)合涂層，進(jìn)行鹽水浸泡試驗(yàn)測(cè)試其耐腐蝕性能。觀察得出微膠囊的最優(yōu)摻入量為10%。并將該摻量摻入環(huán)氧富鋅、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯涂料中進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，得出10%微膠囊摻量最優(yōu)的涂層種類為丙烯酸涂料。原理是丙烯酸樹(shù)脂的成膜速度快，具有碳鏈雙鍵和酯基的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，有良好的耐久性和耐光性；且桐油分子鏈上活性較高，可與丙烯酸混合單體反應(yīng)，使復(fù)合涂膜具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了防水性和耐銹蝕性能。

(3)將0，5%，10%，15%的微膠囊摻入丙烯酸涂層進(jìn)行附著力測(cè)試。隨著摻量的增加，漆膜的附著力等級(jí)呈降低趨勢(shì)。與現(xiàn)有研究相比，涂裝工藝更為便捷，涂層厚度更薄，附著力等級(jí)提升。

(4)將丙烯酸、環(huán)氧富鋅、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯4 種涂料體系制備純涂層，在經(jīng)過(guò)鹽水浸泡168 h 后，聚氨酯涂層附著力最差，丙烯酸涂層附著力最好。將10%微膠囊加入4 種涂料體系中，經(jīng)過(guò)鹽水浸泡168 h 后，4種涂料體系復(fù)合涂層附著力與純涂層附著力相比均有下降，但丙烯酸復(fù)合涂層的附著力等級(jí)仍為最佳。