中科院金属所新成果：喷雾干燥+原位聚合，双微胶囊技术打造智能自修复防腐涂层-北京永康乐业科技发展有限公司

腐蚀问题广泛存在于工业和自然环境中，不仅导致材料性能退化和经济损失，还可能引发严重的安全事故。因此，开发具有自修复功能的防腐涂层，以延长涂层使用寿命并降低维护成本，已成为材料科学领域的重要研究方向。

近期，中国科学院金属研究所韩恩厚院士、史洪微教授团队通过喷雾干燥和原位聚合技术制备的微胶囊，成功构建了基于环氧-胺化学的双组分自修复涂层系统，并在实验中验证了其有效性。相关研究以“Polyamide microcapsules fabricated via spray drying and application in dual-component self-healing epoxy coating”为题目，发表在期刊《Materials Today Communications》上。

本文要点：

1、本研究通过喷雾干燥法和原位聚合法分别制备了聚酰胺固化剂（平均直径10 μm）和环氧树脂（平均直径4 μm）微胶囊，并以此为基础，构建了双组分自修复环氧涂层。

2、聚酰胺采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）封装，环氧树脂以聚脲醛（PUF）为壳材料，芯材负载率分别为16%和32.3%。

3、电化学阻抗谱（EIS）表明，微胶囊的加入会引入缺陷，导致涂层防腐性能下降，且负面影响随添加量增加而加剧。

4、当涂层受损时，微胶囊破裂释放芯材，环氧与聚酰胺反应形成新膜，实现自修复。

5、中性盐雾测试显示，5 wt%微胶囊添加量可有效平衡涂层的自修复功能与长效防腐性能，为高活性胺类固化剂的稳定封装及涂层智能化设计提供了新思路。

喷雾干燥法和原位聚合法是制备微胶囊的两种常用技术，各有其独特的优势和局限性。具体如下：

喷雾干燥法

优点：
高效连续生产：通过单一步骤完成乳化、干燥与微胶囊收集，适合规模化制备，避免多步骤工艺对胺类固化剂活性的影响。
尺寸可控性：通过调节喷嘴参数（如气流速率、压缩空气压力）可精确控制微胶囊粒径（平均10 μm），满足涂层厚度（约60 μm）需求。
热稳定性：溶剂快速挥发（入口温度120°C，出口80°C）降低了聚酰胺芯材的热降解风险，确保化学活性保留。

缺点：
界面缺陷：PMMA壳与涂层基体间可能存在界面不相容性，形成微孔，成为腐蚀介质渗透通道。
负载率限制：聚酰胺芯材负载率较低（16%），需优化乳化工艺以提高包封效率。

原位聚合法

优点：
高芯材负载：通过原位聚合反应，环氧树脂芯材负载率可达3%，显著高于物理包封方法。
均匀壳结构：聚脲醛（PUF）壳层致密且具有化学惰性，可有效隔离环氧树脂与外部环境，避免预反应。
小粒径适配性：微胶囊平均粒径4 μm，适合薄涂层应用，减少对涂层机械性能的负面影响。

缺点：
工艺复杂性：需严格控制反应条件（如pH、温度）以避免尿素-甲醛预聚物过早固化，工艺稳定性要求高。
芯材兼容性风险：强酸性反应环境（pH=2）可能对部分环氧树脂或稀释剂（如缩水甘油醚）产生副作用。

微胶囊含量对双组分自修复环氧涂层的性能有什么影响？

1、自修复能力：

微胶囊含量增加（5 wt%至10 wt%）可提升修复剂释放量，促进划痕处环氧树枝-聚酰胺反应成膜（图9b），修复效率与芯材负载量正相关。

2、防腐性能：

屏障破坏：微胶囊作为异质相引入涂层，破坏基体连续性，形成微孔或界面缺陷（图11b、c）。EIS显示，5 wt%添加时低频区出现新时间常数（10^-2–10² Hz），表明腐蚀介质渗透至基体；10 wt%时涂层电阻（R_coating）从2.5×10⁷ Ω·cm²（1天）骤降至7.7×10⁴ Ω·cm²（7天），扩散阻抗显著，反映腐蚀产物堆积与界面剥离。

3、平衡阈值：

5 wt%微胶囊添加量时，涂层阻抗模值（∣Z∣_0.01_Hz≈10⁶ Ω·cm²）较未添加涂层（EP）高一个数量级，且中性盐雾测试中划痕区域腐蚀抑制效果最佳（图13e）。超过该阈值（如10 wt%），自修复增益被防腐性能劣化抵消，导致未损伤区域腐蚀加剧（图13f）。

综上，微胶囊含量需通过负载率、尺寸分布与涂层缺陷密度综合优化，以实现自修复与长效防腐的协同效应。