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智能涂料——智能选择

有很多定义 聪明的涂料然而,它们都有一个共同的特点,那就是能够感知环境并与之互动. 与传统的保护和装饰特性相比,智能涂料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,全球智能涂料市场将以每年29美元的复合增长率扩张.到2024年,销售额将达到10亿美元.

智能涂料中的外部刺激

智能涂料的外部刺激可能包括以下特性:

  • 防腐
  • Antifingerprinting
  • Antifouling
  • Antimicrobiological
  • Antifungal
  • Color-shifting
  • Easy clean
  • 电致变色的
  • Hydrophobic
  • Hydrophilic
  • Ice-phobic
  • 光伏
  • 压电
  • 压磁性
  • 自愈
  • 太阳热反射
  • Super-hydrophobic
  • 热变色

这些性能可以通过使用新型的特种添加剂来获得, 颜料和/或聚合物.

Icephobic涂料 在冰的粘附性差的表面上抵抗冰的形成,或在表面上形成的冰的释放. 憎冰涂层在飞机工业、风力涡轮机和电力线上都有应用. 有两种冰的形成是有问题的.

  • 白霜冰,更俗称霜
  • Glare ice, 更常见的说法是釉冰, 是什么形成了一层连续的液态水并在其表面冻结. 耀眼的冰对电线和飞机特别危险.

憎冰涂层既可以配制成雾凇冰也可以配制成眩光冰,但不能同时配制成两者. 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表面比预期的接触角更少的疏冰. 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,弹性聚氨酯涂层提供的冰的附着力比涂层的结构相似,但更多的玻璃性质. 理论是,PU弹性体涂层的表面在固体冰和轻微交联的PU或硅弹性体结构之间诱导滑移,在表面悬挂链.

其他方法利用在某些表面降低凝固点或在低表面张力涂层上添加油. Lastly, 有些涂层利用添加剂来增加形成冰形核所需的过冷程度.

自我修复涂料

所有涂层在使用寿命期间都容易被刮擦和磨损. 抓挠和磨损不仅对外观有不良影响, 但是,如果涂层应用在可氧化的金属表面,则会进一步降低有效寿命.

Seongpil一个等.Al研究了基于胶囊或纤维的自愈技术. 一旦涂层被刮伤, 含有催化液体可聚合材料的微胶囊或纳米胶囊.g. 干燥油,二环戊二烯)被释放到划痕中. 图2说明了基于胶囊或纤维的自愈技术. 一旦胶囊破裂, 聚合作用是填充空隙,减少水分的进入,从而提高涂层的耐蚀性和外观. 基于热塑性聚(e-己内酯)的纤维分布在环氧树脂基体中,是自愈合技术的一个例子,可以在暴露于热时恢复膜的完整性.

图2-基于胶囊或纤维的自愈合涂层

图2 -了解更多关于智能涂料的信息

环境传感涂层

能够对环境的变化作出反应, 这些涂料具有多种用途. 例如,一些水性室内涂料含有一种染料,由于暴露在室内光线下或干燥过程中的pH值变化而改变颜色. 在干燥时,颜色的变化,例如粉红色或紫色,有助于表示 足够的覆盖率 底毛颜色相似.

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

智能涂层的另一个快速增长的领域是使用经过修改的涂层,以抵抗病毒或细菌在表面的定植. 大多数表面都含有微量的营养物质,如糖, 使微生物生长和繁殖的油或磷.


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抗菌涂料

抗菌涂料具有多种用途,包括医院, kitchens, 公共浴室, 交通运输(出租车, 超级汽车, 在飞机上),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,或吸附在多孔表面上,以使银缓释和延长使用寿命. 季铵盐也具有抗菌活性, 季铵盐对病毒和真菌更有效. 铜还提供一些抗菌活性,以及有机抗菌,如三氯生.

表1 -其他智能涂层应用概述

涂层类型PrincipalStimulus智能响应
太阳能反射反射红外能量使用掺杂混合金属氧化物的浅色和深色Sunshine提供更凉爽的表面,节省空调成本
压电颜料在受力时产生电流(pb - zr -钛酸盐)Vibration当受到机械应力时产生电压
压磁多晶材料在受力时产生磁场Vibration当受到机械应力时,会产生磁场
热变色液晶和亮色染料随温度变化而变色温度显示指定范围内的温度变化情况
电致变色的聚合电解质,一接触电流就会变色电流色彩变化,审美情趣,指标
疏水/亲水表面改性与调整表面张力Moisture调节水接触角,击退(疏水)或吸引(亲水)

有关选择材料以增强疏水性的附加信息, 请导航到 www.ulprospector.com (EU).

  • 有机涂料,科学与技术,弗兰克·N. Jones et.al., Wiley & Sons, 2017
  • PCI杂志
  • 科学指引
  • 形状记忆辅助自愈合涂层,2013,材料科学,罗和马瑟
  • 透明市场研究:智能涂料市场-全球行业分析, Size, Share, Growth, Trends, 和预测2017 - 2025
  • 安圣弼,李敏旭,亚历山大L. Yarin,山姆年代. Yoon, 基于微胶囊和核壳血管网络的体外自愈系统的比较研究, 化学工程杂志, Volume 344, 2018, 206 - 220页, ISSN 1385 - 8947, http://doi.org/10.1016/j.cej.2018.03.040.

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