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智能涂料——智能选择

有很多定义 聪明的涂料但它们都有一个共同的特点,那就是能够感知环境并与环境互动. 智能涂料为传统的保护和装饰性能提供了额外的功能价值. 透明市场研究公司(Transparency Market Research)的一份报告预测,全球智能涂料市场的年复合增长率将达到29.在2017年至2025年期间达到8%,到2024年销售额达到10亿美元.

智能涂料中的外部刺激

智能涂料中的外部刺激可能包括以下属性:

  • 防腐
  • Antifingerprinting
  • 防污
  • Antimicrobiological
  • 抗真菌
  • Color-shifting
  • 容易清洁
  • 电致变色的
  • 疏水
  • 亲水
  • 防冰
  • 光伏
  • 压电
  • 压磁性
  • 自愈
  • 太阳热反射
  • Super-疏水
  • 热变色

这些涂层性能可以通过使用新型特种添加剂获得, 颜料和/或聚合物.

Icephobic涂料 要么在附着力差的表面上抵抗冰的形成,要么促进表面上已形成的冰的释放. 防冰涂料在飞机工业、风力涡轮机和电力线路中都有应用. 有两种类型的冰形成是有问题的.

  • 雾凇冰,通常被称为霜
  • 眩光冰, 更常见的叫法是釉冰, 它形成了一层连续的液态水,在表面结冰. 耀眼的冰在电线和飞机上尤其危险.

一种防冰涂层可以被配制成既适用于雾凇冰也适用于眩光冰,但不能同时适用于两者. 对于眩光冰,一定程度的疏水性是必要的, 然而,许多超疏水涂层的表面结构实际上可以增强冰的附着力. 超疏水涂层的低表面极性和表面结构使其表面疏冰性低于基于接触角的预期. 图1说明了.

图1 -了解更多关于智能涂料的信息

一些研究表明,与结构相似但性质更玻璃化的涂料相比,弹性聚氨酯涂料提供更少的冰附着力. 理论是,聚氨酯弹性体涂层的表面诱导固体冰与表面有悬浮链的轻交联聚氨酯或硅酮弹性体结构之间的滑移.

其他方法利用某些表面的凝固点降低或在低表面张力涂层中添加油. 最后, 有些涂层利用添加剂来增加形成冰核所需的过冷程度.

自我修复涂料

所有的涂层在使用寿命中都容易划伤和磨损. 划伤和磨损不仅对外观有不利影响, 但进一步减少有效寿命的情况下,涂层是应用在可氧化金属表面.

安星弼,等.Al研究了基于胶囊或纤维的自愈技术. 一旦涂层被刮伤, 含有催化液体聚合材料的微胶囊或纳米胶囊.g. 干燥油,二环戊二烯)被释放到划痕处. 图2展示了基于胶囊或纤维的自愈技术. 一旦胶囊破裂, 聚合发生在填充空隙和功能减少水分进入,从而提高耐腐蚀性和涂层的外观. 以分布在环氧基体中的热塑性聚(e-己内酯)为基础的纤维是自修复技术的一个例子,当暴露在热中时可恢复薄膜的完整性.

图2-基于胶囊或纤维的自愈涂层

图2 -了解更多关于智能涂料的信息

环境感应涂料

能够对环境的变化做出反应, 这些涂料具有多种用途. 例如,一些水性室内油漆含有一种染料,由于暴露在室内光线下或在干燥过程中pH值的变化,这种染料会改变颜色. 干燥后,颜色的变化,例如从粉红色或紫色,有助于表示 足够的覆盖率 在同样颜色的内毛上.

含有pH敏感染料和荧光分子的涂料也用于 检测腐蚀. 另一种方法是在环氧涂料中使用罗丹明b基的掺杂剂来检测钢和铝的腐蚀,因为它对pH值的降低和铁的存在都有反应+++ 离子.

智能涂料的另一个快速发展领域是使用经过改性的涂料,以抵抗病毒或细菌在表面的寄生. 大多数表面含有少量的营养物质,如糖, 有助于微生物生长和繁殖的油或磷.


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抗菌涂料

抗菌涂料有多种用途,包括医院, 厨房, 公共浴室, 交通(出租车, 超级汽车, 在扶手和门把手上. 已经成功使用的添加剂包括在各种粘合剂中含有银的材料,或吸收到多孔表面以实现缓释和提高使用寿命. 季铵盐也具有抗菌活性, 季铵盐对病毒和真菌有较好的抑制作用. 铜也提供一些抗菌活性以及有机抗菌物质,如三氯生.

表1 -其他智能涂料应用概述

涂层类型主要刺激智能响应
太阳能反射反射红外能量,浅色和深色使用掺杂混合金属氧化物阳光提供更凉爽的表面,节省空调成本
压电颜料在受到压力时产生电流(pb - zr -钛酸盐)振动当受到机械应力时产生电压
压磁多晶材料在受到应力时产生磁场振动在受到机械应力时产生磁场
热变色变色响应温度液晶和亮色染料温度表示在指定范围内的温度变化
电致变色的聚合物电解质,当暴露在电流中会改变颜色电流颜色变化,美观,指示
疏水/亲水表面修饰加上调节表面张力水分调节水的接触角度以击退(疏水)或吸引水分(亲水)

有关增强疏水性的材料选择的其他信息, 请浏览 www.ulprospector.com (EU).

  • 有机涂料,科学与技术,Frank N. 琼斯等人.al.,威利 & 儿子,2017
  • PCI杂志
  • 科学指引
  • 形状记忆辅助自愈合涂层,2013,材料科学
  • 透明市场研究:智能涂料市场-全球行业分析, 大小, 分享, 增长, 趋势, 2017-2025年预测
  • 安圣弼,李敏旭,亚历山大. 亚林,山姆. 尹, 基于微胶囊的体外自愈系统与基于核壳血管网络的体外自愈系统研究进展, 化学工程学报, 卷344, 2018, 206 - 220页, ISSN 1385 - 8947, http://doi.org/10.1016/j.cej.2018.03.040.

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