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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. 智能涂料在传统保护和装饰性能的基础上,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倍的复合增长率扩张.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特性:

  • 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来获得, 颜料和/或聚合物.

Icephobic涂料 既可以抵抗附着性较差的表面上的冰的形成,也可以促进表面上已形成的冰的释放. 防冰涂料应用于飞机工业、风力涡轮机和电力线路. 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, 更常被称为釉冰, 形成一层连续的液态水并在表面结冰. 强光冰对电线和飞机尤其危险.

一种防冰涂层既可以用于雾凇冰,也可以用于眩光冰,但不能同时用于二者. 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的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知识

一些研究表明,弹性聚氨酯涂料提供较少的冰附着力比涂料类似的结构,但更多的玻璃性质. 理论是,聚氨酯弹性体涂层的表面诱导了固体冰与表面有悬挂链的轻交联聚氨酯或硅树脂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度.

自我修复涂料

所有涂层在使用寿命期间都容易被刮伤和磨损. 抓伤和擦伤不仅对外观有不良影响, 但进一步减少有效寿命的事件,涂层应用于可氧化的金属表面.

安星弼等.Al研究了基于胶囊或纤维的自愈技术. 一旦涂层被划伤, 含有催化液体聚合材料的微型或纳米胶囊.g. 干燥油,二环戊二烯)被释放到划痕中. 图2展示了基于胶囊或纤维的自我修复技术. 一旦胶囊破裂, 聚合发生填补空隙和功能,以减少水分进入,从而提高耐腐蚀性和涂层的外观. 分布在环氧树脂基体中的热塑性聚(e-己内酯)纤维是自修复技术的一个例子,它可以在受热时恢复薄膜的完整性.

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

环境感应涂料

能够对环境的变化做出反应, 这些涂料有多种用途. 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在干燥过程中pH值的变化而改变颜色. 干燥后,从粉红色或紫色的颜色变化有助于表示 足够的覆盖率 在类似颜色的底毛上.

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增长的领域是使用经过改性的涂料来抵抗病毒或细菌在表面的定植. 大多数表面含有微量的营养物质,如糖, 能使微生物生长繁殖的油或磷.


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抗菌涂料

抗菌涂料在包括医院在内的多种应用中具有实用价值, 厨房, 公共浴室, 交通(出租车, 超级汽车, 飞机)以及扶手和门把手. 已成功使用的添加剂包括在各种粘结剂中含有银的材料,或吸收到多孔表面以实现缓慢释放和提高寿命. 季铵盐也具有抗菌活性, 季铵盐对病毒和真菌更有效. 铜也提供一些抗菌活性以及有机抗菌,如三氯生.

表1 -其他智能涂料应用概述

涂层类型主要刺激智能响应
太阳能反射使用掺杂混合金属氧化物反射IR EnergyLight颜色和深色阳光提供较冷的表面,节省空调成本
压电颜料在受到压力时会产生电流(Pb-Zr-Titanate)振动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振动在受到机械应力时产生磁场
热变色随温度液晶和亮色染料改变颜色温度反映指定范围内的温度变化
电致变色的一种接触电流就会变色的聚合物电解质电流颜色变化,美观诉求,指示剂
疏水/亲水表面修饰加上调整表面张力水分调节水接触角以排斥(疏水)或吸引水分(亲水)

有关增强疏水性的材料选择的额外信息, 请浏览 www.ulprospector.com (EU).

  • 有机涂料,科学技术,Frank N. 琼斯等人.al.,威利 & 儿子,2017
  • PCI杂志
  • 科学指引
  • 形状记忆辅助自修复涂层,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, 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, 抗腐蚀外源性自愈研究进展:基于微胶囊的系统与基于核-壳血管网络的系统的比较, 化学工程杂志, 卷344, 2018, 206 - 220页, ISSN 1385 - 8947, http://doi.org/10.1016/j.cej.2018.03.040.

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