智能涂料

智能時代來臨了，當你開著智能汽車，眼睛瞄著智能導航儀，手里用著智能手機，商場選購智能電器，家里安裝智能攝像儀，智能報警器，應順智能社會發(fā)展態(tài)勢，盡情享受智能化生活的時候，你是否注意到身邊色彩絢爛、特殊性能的涂料也在智能著？在一個處處皆是智能化的時代，智能涂料正在成為一股新鮮的涂料新勢力，其廣泛的應用前景則會為涂料工業(yè)創(chuàng)造一片前所未有市場空間。

至今15-25,000年前，克魯馬努人就是把動物的油脂或植物蛋白質與干草灰混合在一起，涂抹在巖石洞穴的內壁上，誕生上史上最初的涂料雛形。直到距今60年前，我們還在用鉛白、植物油和催干劑等合成墻面涂料，在溫和的環(huán)境下，這種涂料的使用壽命可以達到3年左右。相對于涂料的歷史而言，智能涂料的概念是近年來提出的新概念。

之所以提出智能概念，是相對于傳統(tǒng)涂料而言，傳統(tǒng)意義上的涂料一般只具有保護和裝飾性能的涂層材料，通常這些性能是單向的，也就是說這種性能不能隨周邊環(huán)境的改變而做出響應，而“智能涂料”則恰恰反之，智能涂料可以對外部環(huán)境的變化以可控的方式進行相應的反饋，產(chǎn)生自適應的特殊性能，使涂層繼續(xù)保持有效。

主流的智能涂料主要有幾大類型，一類是環(huán)境反饋型，包括傳感涂料、熱敏和壓敏涂料等等；一類是納米應用型，包括自愈合涂料、光學涂料、超導涂料等等；一類是生物活性型，包括抗菌涂料、生物基涂料、光引發(fā)和生物引發(fā)涂料等等；還有一類是創(chuàng)新性的涂料材料，包括超級疏水涂料、自潤滑涂料和自我犧牲涂料等等。

英國紐卡斯爾大學所研發(fā)的監(jiān)測橋梁等金屬結構疲勞情況的傳導型智能涂料，就在配方設計中加入了細微壓電材料晶體，當這種晶體受到拉伸和擠壓時，可產(chǎn)生與所受外力成比例的電信號，通過分析這些電信號，就可了解建材的疲勞程度。在使用中，只要在金屬結構表面涂覆該種涂料，再外涂一層導電涂層，當施加電壓時，涂料中的晶體與構件表面形成正確的角度，這樣金屬構件無論從什么方向受力時，涂料都可產(chǎn)生相應的電信號，受力越大，產(chǎn)生的電信號越強。

2010年的美國化學學會上，科學家宣布成功研制出了一種可以“感知”溫度的智能涂料。將該材料涂抹在屋頂，不僅可以在炎熱的夏季反射太陽光，降低高昂的電費，而且當冷空氣襲來，還能轉變角色，把太陽能運輸?shù)轿堇?，保持室內的溫度。在涂料制作過程中，廢棄食用油首先被液化為一種液態(tài)聚合物，與未經(jīng)加工過的食用油不同，該聚合物不會散發(fā)出任何味道。在溫暖天氣中，涂上智能涂料的瀝青屋頂溫度將可以下降50-80%；而在寒冷天氣中，高溫可提高80%。

涂料的發(fā)展與材料學，尤其是高分子材料的科學發(fā)展緊密相關，近年來興起的納米材料技術更加速了智能涂料的快速前進。除此之外，環(huán)境友好的環(huán)保要求，也很大程度的推動智能涂料在水性、無溶劑、高固、能量固化、粉末涂料等領域的突破。盡管未來涂料的發(fā)展領域不能被絕對準確地預測，但很清楚的是，隨著智能技術的不斷出現(xiàn)和微觀技術的發(fā)展，涂料產(chǎn)品的差異化，對社會的影響，將在未來幾十年里出現(xiàn)戲劇性的變化，它將幫助我們涂畫更美的未來。

從智能涂料的研發(fā)來看，實現(xiàn)涂料性能的智能化可以通過三個基礎的步驟。首先是選擇添加劑，適合的添加劑需要具有獨特性能表現(xiàn)，足以滿足配方中對“智能化”性能的要求;其次是對涂料樹脂基料、顏料以及原料的選擇，此類材料從單個性能上無法滿足涂料的基本性能，但通過配方搭配可以滿足涂料的基礎性能，包括各種力學性能和抗性等;再次是實現(xiàn)涂料涂層對外面環(huán)境的性能反饋。

本書從涂料的腐蝕和防護方面進行了基礎性的介紹，深入討論了目前使用和發(fā)展中的各種類型的智能涂料，概述了它們的合成和表征方法，及其在各種腐蝕環(huán)境中的應用，包括許多智能涂料的當前和潛在應用于各種腐蝕問題的實例。另外，本書還介紹了智能涂料目前的研究進展和趨勢，以及所面對的挑戰(zhàn)。

本書適合腐蝕工程科技工作者及高等學校相關專業(yè)師生閱讀參考。

第1章腐蝕控制涂層的電化學觀點/001

1.1簡介/001

1.2腐蝕/001

1.2.1腐蝕熱力學/001

1.2.2動力學/002

1.3涂層/004

1.3.1屏蔽涂層/004

1.3.2防腐蝕涂層/006

1.3.3陰極保護涂層/006

1.3.4涂層體系/008

1.4結論/009

參考文獻/009

第2章腐蝕的重要性及使用智能防腐蝕涂層的必要性/010

2.1簡介/010

2.2低溫智能涂層/011

2.3自愈合涂層的封裝/012

2.4陰極保護/017

2.4.1犧牲陽極/017

2.4.2ICCP系統(tǒng)/017

2.5高溫智能涂層/018

2.6熱腐蝕/019

2.6.1熱腐蝕類型/020

2.6.2熱腐蝕機理/020

2.6.3高溫合金熱腐蝕/021

2.6.4DMS-4的氧化特征/023

2.7表面涂層技術/024

2.7.1擴散涂層/024

2.7.2包覆涂層/024

2.7.3表面工程技術/025

2.8主要微量元素的影響/027

2.9智能涂層的概念/027

2.9.1準備和選擇合適的表面工程技術/028

2.9.2智能涂層評估技術/029

2.9.3已開發(fā)的智能涂層的性能/030

2.10結論和展望/032

參考文獻/032

第3章抑制金屬/合金腐蝕的智能無機和有機預處理涂層/035

3.1簡介/035

3.1.1腐蝕的定義/035

3.1.2金屬腐蝕/預防的成本/036

3.1.3國民經(jīng)濟的腐蝕成本/037

3.2設計防腐蝕智能涂層/037

3.3預處理涂層/038

3.3.1選擇合適的金屬合金/038

3.3.2表面改性/038

3.4無機非金屬預處理涂層/039

3.4.1鉻酸鹽轉化涂層/039

3.4.2磷酸鹽轉化涂層/040

3.4.3鑭基轉化涂層/040

3.4.4混雜型轉化涂層/041

3.5有機預處理涂層/042

3.5.1混合溶膠-凝膠涂層/042

3.5.2導電聚合物涂層/043

3.5.3自組裝預處理涂層/044

3.5.4聚電解質多層膜/045

3.5.5負載緩蝕劑的納米容器控釋涂層/046

3.5.6生物膜作為預處理涂層/046

3.6結論/046

致謝/046

參考文獻/046

第4章源于金屬有機前驅體的低溫涂料：一種經(jīng)濟環(huán)保的優(yōu)良方法/057

4.1簡介/057

4.2化學氣相沉積：MOCVD新技術/058

4.2.1激光誘導化學氣相沉積/059

4.2.2紫外誘導化學氣相沉積/060

4.2.3等離子增強化學氣相沉積（PECVD）/060

4.2.4電子束化學氣相沉積/061

4.2.5流化床化學氣相沉積/061

4.2.6原子層沉積（ALD）/061

4.2.7聚焦離子輔助化學氣相沉積（IACVD）/062

4.3有機金屬前驅體：經(jīng)濟性的大面積合成/063

4.3.1有機金屬前驅體：氧化物陶瓷/063

4.3.2有機金屬前驅體：非氧化物陶瓷/067

4.4液體輸送體系：溶劑的作用/074

4.5有機金屬前驅體化學/074

4.6成核和生長機制/075

4.7涂層破壞機制/075

4.8結論和展望/077

參考文獻/078

第5章鋼表面鈰摻雜硅烷雜化自愈涂料的合成與表征/083

5.1簡介/083

5.2實驗過程/084

5.2.1樣品制備/084

5.2.2分析方法/085

5.3結果與討論/085

5.3.1鈰離子和雙酚A對304L不銹鋼基體上SHC顯微組織和防腐蝕性能的影響/085

5.3.2用于304L不銹鋼且經(jīng)硝酸鈰和氧化鈰納米粒子改性的SHC涂層自愈性的電化學評估/093

5.3.3鈰濃度對HDG基體上鈰摻雜SHC涂層的微觀結構和防腐蝕性能的影響/099

5.3.4鈰鹽活化納米粒子填充硅烷涂層對HDG基體緩蝕作用的評估/106

5.4結論和展望/115

致謝/116

參考文獻/116

第6章雜化富鋅涂層：納米緩蝕劑和導電粒子摻雜的影響/118

6.1簡介/118

6.2實驗過程/120

6.2.1材料和制備方法/120

6.2.2研究方法/121

6.3結果/124

6.3.1納米粒子的研究/124

6.3.2涂層和鋼基材的研究/130

6.4討論/146

6.5結論/148

致謝/148

參考文獻/148

第7章新型發(fā)光搪瓷涂層/154

7.1簡介/154

7.2搪瓷最重要的性能/155

7.3發(fā)光特性/156

7.4發(fā)光瓷釉涂層/156

7.5實驗材料和過程/157

7.6結果和討論/159

7.6.1涂層的形貌特征/159

7.6.2涂層的防護性能/160

7.6.3發(fā)光性能的趨勢/168

7.7結論/173

參考文獻/173

第8章破損觸發(fā)的微納米容器自修復防腐蝕涂料/175

8.1簡介/175

8.1.1成為全球經(jīng)濟問題的腐蝕現(xiàn)狀/175

8.1.2防止腐蝕的方法/175

8.2保護性有機涂層的微米容器和納米容器制備方法：自愈合涂層vs自防護涂層/177

8.3容器類型及其制備方法/179

8.3.1LDHs型納米容器或微米容器/179

8.3.2陶瓷芯和聚電解質/聚合物殼的容器/180

8.3.3含有陶瓷芯和毛孔末端刺激響應塞的容器/183

8.3.4直接乳液法或反相乳液法容器/185

8.3.5基于界面物理現(xiàn)象的容器/186

8.3.6乳液液滴中的界面或本體化學反應制備的容器/191

8.4容器中活性劑的釋放/195

8.5容器在新型保護涂料基質中的分布/197

8.6摻有容器的有機自保護涂層的防護性能/198

8.7結論/200

參考文獻/200

第9章現(xiàn)代涂料中試生產(chǎn)的重要方面/206

9.1簡介/206

9.2定義/206

9.3分散過程/207

9.4涂料的一般工藝/208

9.5中試/209

9.5.1逐步放大/209

9.5.2中試布局——主要問題/210

9.5.3生產(chǎn)裝置及其配套裝置/210

9.5.4水性和溶劑型聚合物基料的中試生產(chǎn)類型/211

9.6涂料工業(yè)主要設備/213

9.6.1攪拌器/213

9.6.2研磨機/215

9.6.3過濾器/217

9.7涂料的檢查要點/217

9.8涂料工業(yè)的一般安全注意事項/217

9.9用于涂料的丙烯酸膠乳中試和擴大生產(chǎn)的典型實例/218

9.9.1裝料的一般過程/219

9.9.2中試車間設置/219

9.10結論/220

參考文獻/220

第10章用于金屬防護的智能綠色轉化涂層的溶膠-凝膠法/221

10.1簡介/221

10.2智能化學的發(fā)展/222

10.3表征方法/224

10.3.1光譜分析/224

10.3.2熱分析/228

10.3.3納米壓痕分析/229

10.3.4表面形態(tài)/231

10.4涂層評估/232

10.4.1實驗室試驗/232

10.4.2戶外試驗/240

10.5結論/248

致謝/248

參考文獻/248

第11章超疏水導電聚合物防腐蝕涂層/251

11.1簡介/251

11.2腐蝕防護/251

11.2.1轉化涂層/251

11.2.2有機涂層/252

11.3導電聚合物防腐蝕涂層/252

11.3.1涂覆工藝/252

11.3.2腐蝕防護機理/253

11.3.3導電聚合物實例/254

11.4超疏水防腐蝕涂層/256

11.4.1理論背景/256

11.4.2制備方法/257

11.5超疏水導電聚合物防腐蝕涂層/259

11.6結論/260

致謝/260

參考文獻/260

第12章聚合物-緩蝕劑摻雜涂層的智能防護/264

12.1簡介/264

12.2鋼筋混凝土中的應用/266

12.3電紡絲智能涂層/269

12.4溶膠-凝膠涂層的腐蝕控制/272

12.5結論/276

致謝/276

參考文獻/276

第13章熱致變色二氧化釩智能涂層的性能及應用/281

13.1VO2的簡介和性質/281

13.1.1VO2的合成方法/282

13.1.2VO2相變開關時間/283

13.1.3原子氧輻照對VO2性質的影響/284

13.1.4摻雜對VO2相變的影響/284

13.2應用/286

13.2.1全光開關/287

13.2.2電開關/287

13.2.3VO2基雜化超材料器件/288

13.2.4VO2等離子體器件/289

13.2.5VO2基射頻微波開關/293

13.2.6智能窗口/293

13.3結論/294

參考文獻/294

第14章單組分自修復防腐蝕涂層：設計方案與實例/300

14.1簡介/300

14.2單組分自修復防腐蝕涂層的設計方案/301

14.2.1傳統(tǒng)自修復材料的制備/301

14.2.2單組分自修復防腐蝕涂層的設計/305

14.3單組分自修復防腐蝕涂層舉例/306

14.3.1二異氰酸酯基單組分自修復防腐蝕涂層/306

14.3.2有機硅烷基單組分自修復防腐蝕涂層/314

14.4結束語和觀點/320

參考文獻/321

第15章基于錫酸鹽的鎂合金智能自修復涂層/325

15.1簡介/325

15.2鎂合金類型/325

15.3鎂腐蝕的常見形式/326

15.3.1全面腐蝕/326

15.3.2點蝕/326

15.3.3縫隙（沉積物）腐蝕/327

15.3.4絲狀腐蝕/328

15.3.5電偶腐蝕/328

15.3.6應力腐蝕開裂/328

15.3.7晶間腐蝕/329

15.3.8腐蝕疲勞/329

15.4錫酸鹽轉化涂層減緩鎂腐蝕/329

15.4.1錫酸鹽轉化涂層的合成與測試/329

15.4.2錫酸鹽涂層的性能/330

15.4.3錫酸鹽涂層的自修復功能/332

15.5結論和展望/333

致謝/333

參考文獻/333

第16章電活性聚合物防腐蝕涂層/335

16.1簡介/335

16.2腐蝕/335

16.3防腐蝕措施/336

16.3.1緩蝕劑/336

16.3.2陰極保護/336

16.3.3陽極保護/336

16.3.4涂層/336

16.4聚合物涂層/338

16.4.1EAP基涂層/338

16.4.2EAP基納米復合涂層/341

16.5結論/351

參考文獻/351

第17章用作生物醫(yī)學植入體的Ti及Ti合金防腐蝕涂層/354

17.1簡介/354

17.2表面改性方法/355

17.3溶膠-凝膠法/355

17.3.1浸涂/355

17.3.2旋涂/356

17.4激光氧化/357

17.5陽極氧化/357

17.6等離子體電解氧化/357

17.7電解沉積法/357

17.8復合法/358

17.9保護膜/358

17.9.1氧化物涂層/358

17.9.2羥基磷灰石涂層/359

17.9.3復合涂層/359

17.9.4雜化涂層/360

17.9.5陶瓷涂層/360

17.10腐蝕研究/360

17.11結論/362

參考文獻/362

第18章腐蝕監(jiān)測光學傳感器/366

18.1簡介/366

18.2光纖傳感器的工作原理/367

18.2.1光纖布拉格光柵/367

18.2.2干涉型光纖傳感器/367

18.2.3分布式傳感器/368

18.2.4光強調制器/368

18.2.5表面等離子體共振傳感器/369

18.3腐蝕檢測/369

18.3.1腐蝕直接測量/370

18.3.2利用金屬犧牲層直接進行腐蝕測量/372

18.3.3腐蝕產(chǎn)物和前驅體的測定/375

18.3.4腐蝕控制的相對濕度監(jiān)測/379

18.3.5腐蝕控制的pH光纖傳感器/380

18.4結論和未來趨勢/384

致謝/384

參考文獻/384

第19章用于重大文化工程的高性能防腐蝕涂層的表征/391

19.1簡介/391

19.1.1物質文化遺產(chǎn)保護涂層/391

19.1.2智能定義：化學智能和物理智能/392

19.1.3文化遺產(chǎn)保護常用涂層/392

19.1.4文物保護涂層的耐候性研究/392

19.1.5開發(fā)物質文化遺產(chǎn)用智能涂層的方法/394

19.1.6涂層系統(tǒng)的預期挑戰(zhàn)/395

19.1.7電化學阻抗譜表征保護膜的阻隔性能/395

19.2實驗細節(jié)/396

19.2.1涂層基體實驗細節(jié)/396

19.2.2涂覆板老化研究實驗細節(jié)/396

19.2.3基體表征實驗細節(jié)/396

19.3化學智能涂層的測試和表征/396

19.3.1戶外金屬化學智能涂層的耐候性研究/396

19.3.2EIS對耐候涂層基材的表征/397

19.3.3耐候涂層基體的FTIR表征/397

19.4物理智能涂層的表征/399

19.4.1在水性納米復合材料涂層中使用合成納米黏土/399

19.4.2改性納米黏土以提高與涂層的相容性/400

19.4.3納米黏土改性實驗/401

19.4.4FTIR表征改性皂石/401

19.4.5X射線表征改性皂石/401

19.4.6SAXS 數(shù)據(jù)擬合/403

19.4.7AFM表征改性皂石/404

19.4.8改性皂石涂層/405

19.5物理智能涂層性能測試/405

19.5.1EIS研究水性PVDF-黏土納米復合材料的屏障性能：退火的影響 /405

19.5.2電解質溶脹膜中水的電容和體積分數(shù)計算/406

19.5.3智能涂層性能評價/407

19.6結論與未來方向/407

致謝/408

參考文獻/408

第20章振動光譜技術腐蝕監(jiān)測/410

20.1簡介/410

20.2原理/410

20.2.1拉曼光譜/410

20.2.2紅外（IR）光譜/411

20.3方法和儀器設備/412

20.3.1拉曼光譜/412

20.3.2紅外光譜/413

20.4原位拉曼光譜在腐蝕科學中的應用/414

20.4.1溶液腐蝕/414

20.4.2大氣腐蝕/415

20.4.3緩蝕劑/416

20.4.4涂層/417

20.5原位FTIR在腐蝕科學中的應用/420

20.5.1溶液腐蝕/420

20.5.2大氣腐蝕/420

20.5.3緩蝕劑/421

20.5.4涂層/421

20.6結論/422

致謝/422

參考文獻/422 2100433B

星客漆是上海星上環(huán)保科技有限公司旗下品牌，成立于2010年，是一個專注于水性智能墻面漆研發(fā)和銷售的注冊品牌。2014年，Think星客漆成功引入歐美最新技術，推出了“Think高分子涂鴉膜”水性智能涂料，讓任意墻面可隨意涂鴉，功能性上完全可替代家庭和辦公室白板?，F(xiàn)Think品牌已擁有“高分子涂鴉膜”、“水性磁力底漆”、“水性多彩黑板漆”等多個系列的智能涂料產(chǎn)品，并全部通過了國家級實驗室和SGS的國家和歐盟相關標準的雙重質量安全檢測。