环氧树脂自修复防腐涂料的制备及性能研究

引言

金属腐蚀带来的经济损失和安全风险促使防腐技术不断创新，环氧树脂涂料因其优异的附着力与化学稳定性被广泛应用，但微裂纹的产生会削弱其防护效果。自修复材料的引入为解决这一问题提供了可能。近年来，基于微胶囊和动态化学键的自修复机制在防腐领域展现出良好前景。本研究旨在结合环氧树脂的固有优势与自修复技术，开发一种高效、耐用的防腐涂层，并系统评估其性能与修复效果。

1 环氧树脂自修复防腐涂料的性能

环氧树脂自修复防腐涂料结合了环氧树脂优异的附着力、化学稳定性和自修复材料的智能响应特性，使其在防腐领域具有显著优势。该涂料能够在受到机械损伤或环境侵蚀时自动修复微裂纹，恢复其防护功能。自修复性能主要通过两种机制实现：外援型修复依赖预埋的微胶囊或纤维，在损伤时释放修复剂填补缺陷；本征型修复则利用动态化学键的可逆反应，在热、光等刺激下实现分子链重组。实验表明，该涂料在盐雾试验中表现出优异的耐腐蚀性，腐蚀面积显著减少，同时电化学阻抗值较高，表明其屏障作用持久。涂层的物理性能如硬度、柔韧性和附着力均满足工业标准，且在多次损伤-修复循环后仍能保持稳定性能。此外，该涂料对湿热、紫外老化等环境因素具有良好耐受性，适用于复杂工况下的长期防护。

2 金属腐蚀的危害

金属腐蚀是材料与环境相互作用导致的退化现象，对工业生产和基础设施造成严重危害。腐蚀会削弱金属结构的力学性能，如强度、韧性和疲劳寿命，导致机械设备失效或建筑结构坍塌，威胁人员安全。在交通运输领域，船舶、桥梁和管道的腐蚀可能引发泄漏或断裂，造成环境污染和经济损失。化工行业中，腐蚀会污染产品、损坏反应容器，甚至引发爆炸等安全事故。此外，腐蚀还导致资源浪费，每年全球因腐蚀报废的金属材料数量巨大，增加了维护和更换成本。在国防和能源领域，腐蚀会影响武器装备的可靠性和能源设施的运行效率，对国家战略安全构成挑战。因此，开发高效防腐技术对保障工业安全、节约资源和保护环境具有重要意义。

3 环氧树脂自修复防腐涂料的制备方法

3.1 环氧树脂基体的选择与改性

环氧树脂作为自修复防腐涂料的基础材料，其分子结构和性能直接影响涂层的机械强度、耐腐蚀性和自修复能力。通常选用双酚 A 型环氧树脂作为基体，因其具有优异的附着力、化学稳性能。为进一步提升涂层的柔韧性和耐冲击性，可采用柔性定性和成膜环氧树脂或通过添加增韧剂进行改性。例如，使用聚氨酯改性环氧树脂可增强涂层的抗开裂能力，同时保持较高的交联密度。此外，通过引入活性稀释剂调节树脂黏度，确保涂料具有良好的施工性能。在固化剂的选择上，胺类固化剂因其反应活性高、固化速度快而被广泛应用，但需优化配比以避免固化不完全或脆性增加。改性后的环氧树脂基体不仅具备良好的机械性能，还能为后续自修复功能提供稳定的载体。

3.2 自修复剂的引入方式

自修复剂的引入是赋予环氧树脂涂料自修复功能的关键步骤，主要包括外援型和本征型两种策略。外援型修复通常采用微胶囊技术，将修复剂如环戊二烯或硅氧烷封装在聚合物壳中，均匀分散于涂料体系。当涂层受损时，微胶囊破裂释放修复剂，与催化剂或固化剂接触后发生聚合反应，填补裂纹。另一种外援型方法是将中空纤维负载修复剂嵌入涂层，在损伤时释放修复物质。本征型修复则依赖于动态共价键或超分子相互作用，如Diels-Alder 反应、二硫键交换或氢键网络。这类方法无需额外修复剂，而是通过热、光或pH 刺激触发分子链的可逆重组，实现裂纹愈合。两种方式各有优劣，外援型修复效率高但可能影响涂层均一性，本征型修复可多次

进行但响应速度较慢。

3.3 防腐填料的优化与分散

防腐填料的选择和分散工艺对涂料的防护性能至关重要，常用的填料包括片状材料如云母、玻璃鳞片，它们能在涂层中形成物理屏障，延长腐蚀介质的渗透路径。此外，活性防腐填料如磷酸锌、铬酸盐或导电聚合物可通过钝化或缓蚀作用抑制金属基底的腐蚀。为提高填料的分散性，需采用表面改性技术，如硅烷偶联剂处理，增强其与环氧树脂的界面结合力。在制备过程中，高速搅拌或超声分散可减少填料团聚，确保其在涂层中均匀分布。填料的粒径和含量需精确控制，过高可能导致涂层机械性能下降，过低则影响防腐效果。通过优化填料类型、比例和分散工艺，可显著提升涂层的耐盐雾、耐酸碱和耐湿热性能。

3.4 涂料的配方设计与固化工艺

涂料的配方设计需综合考虑树脂、固化剂、自修复剂和填料的协同作用，固化剂的选择直接影响涂层的交联密度和最终性能，例如，使用聚醚胺固化剂可提高柔韧性，而酚醛胺固化剂则增强耐温性。自修复剂的添加量需平衡修复效率与涂层性能，过量可能导致机械强度降低。溶剂型涂料需控制挥发速率以避免气泡或针孔，而水性环氧体系则需优化乳化工艺提高稳定性。固化工艺参数如温度、时间和湿度对涂层性能影响显著，高温固化可加速反应但可能导致内应力增大，室温固化则更适合大面积施工。通过正交试验或响应面法优化配方和工艺，可制备出兼具高自修复效率和优异防腐性能的涂料。

3.5 涂层的制备与性能调控

涂层的制备通常采用刷涂、喷涂或浸渍等方法，不同工艺影响涂层的厚度和均一性。喷涂适用于大面积施工，但需控制雾化压力和距离以避免流挂或橘皮现象。刷涂更适合小面积修补，但可能引入刷痕影响表面质量。涂膜厚度需根据应用场景调整，过薄可能导致防护不足，过厚则易开裂。固化后的涂层可通过后处理如热处理或紫外辐照进一步提升性能，例如，热处理可促进动态共价键重组增强自修复能力。性能调控还包括添加紫外线吸收剂或抗氧化剂以提高耐候性，或引入导电填料赋予涂层静电耗散功能。通过系统优化制备工艺和后处理条件，可确保涂层在复杂环境中长期稳定服役。

结束语

环氧树脂自修复防腐涂料的成功开发为解决金属腐蚀防护难题提供了新的技术途径，实验结果表明，该涂料在腐蚀环境中展现出优异的防护性能和自主修复能力，其机械强度和耐久性均达到工程应用标准。这种新型涂料突破了传统防腐材料在微裂纹修复方面的技术瓶颈，为延长金属结构使用寿命提供了有效解决方案。后续工作应着重于提升修复响应速度、降低生产成本，并开展规模化生产验证，以促进该技术在实际工程中的推广与应用。

参考文献

[1]孙爱玲,杨建军,吴庆云,等.自修复环氧防腐涂层的研究进展[J/OL].化工进展,1-12[2025-08-11].

[2]童庆玲,杨建军,吴庆云,等.改性环氧树脂防腐复合涂层的研究进展[J].复合材料学报,2024,41(08):3883-3896.

[3]王庆博.环氧树脂自修复防腐涂料的制备及性能研究[D].内蒙古工业大学,2023.

[4]刘景文.改性石墨相氮化碳/环氧树脂防腐防污涂层的制备与性能研究[D].北京化工大学,2023.

[5]黄小庆,杨建军,陈春俊,等.功能型环氧树脂基防腐涂层的研究进展[J].精细化工,2023,40(08):1625-1635+1666.