電站海水系統(tǒng)主要為一回路系統(tǒng)、二回路系統(tǒng)提供冷源，其能否正常運(yùn)行將會(huì)影響核電站的安全穩(wěn)定。海水系統(tǒng)的設(shè)備管道主要采用涂層進(jìn)行防護(hù)，有些重要部位甚至使用涂層+陰極保護(hù)的防護(hù)方式。但核電站防腐蝕涂層一旦老化破損，是不可逆的，若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，會(huì)使涂層對(duì)金屬基體的防護(hù)作用顯著下降，從而引起設(shè)備腐蝕失效。因此，有必要尋找一種可自我修復(fù)的涂層，以提升涂層的防腐蝕性能，增強(qiáng)海水系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性。智能防腐蝕涂層在環(huán)境中發(fā)生損傷或遭到外力破壞后，僅需要很少的人工干預(yù)，就能改變材料的性能，恢復(fù)甚至提高涂層的防腐蝕性能和使用壽命，已成為國內(nèi)外金屬腐蝕防護(hù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。根據(jù)智能涂層是否植入外部修復(fù)劑，可分為外援型自修復(fù)涂層和本征型自修復(fù)涂層。外援型自修復(fù)涂層是將活性修復(fù)材料包覆在某種載體內(nèi)，當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化后，釋放出活性修復(fù)材料，完成對(duì)損傷部位的修復(fù)?；钚孕迯?fù)材料主要可以分為兩大類，一類是負(fù)載聚合物基（愈合劑）的自修復(fù)材料，另一類是負(fù)載緩蝕劑的自修復(fù)材料。與外援型自修復(fù)涂層相比，本征型自修復(fù)涂層是利用材料分子間特有的化學(xué)鍵或特征官能團(tuán)進(jìn)行修復(fù)的，根據(jù)化學(xué)鍵的類型，可分為化學(xué)型和物理型修復(fù)，在外部環(huán)境的刺激下，不需要植入外部修復(fù)劑就能修復(fù)涂層的受損部位。

一、外援型自修復(fù)涂層

外援型自修復(fù)涂層是通過在材料體系中外加修復(fù)劑實(shí)現(xiàn)涂層自修復(fù)功能的，涂層能根據(jù)外界微環(huán)境發(fā)生的變化，釋放活性修復(fù)材料，完成對(duì)損傷部位的修復(fù)，微膠囊技術(shù)的引入使外援型自修復(fù)涂層具有更大的發(fā)展空間。

防腐蝕機(jī)理

微膠囊對(duì)緩蝕劑/愈合劑的釋放可由機(jī)械損傷引起。當(dāng)涂層基體中出現(xiàn)小裂紋時(shí)，裂紋擴(kuò)展的尖端應(yīng)力使微膠囊破裂，釋放愈合劑和緩蝕劑填充這些裂紋間隙，修復(fù)涂層裂縫。但如果微膠囊與涂層基體的兼容性差，則會(huì)削弱涂層基體和微膠囊之間的外部應(yīng)力傳遞，使微膠囊的破裂延遲。通過優(yōu)化制備工藝和對(duì)微膠囊表面進(jìn)行改性，改善了微膠囊與涂層基體之間的兼容性。微膠囊的外殼材料大多由聚氨酯（PUF）組成，但PUF毒性大，對(duì)生物體有害，而且PUF微膠囊外殼在長期運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中容易發(fā)生坍塌等結(jié)構(gòu)變形。因此，更穩(wěn)定、更環(huán)保的聚苯乙烯（PS）、聚砜（PSF）、環(huán)糊精基超分子材料、海藻酸鈣等逐漸成為微膠囊外殼材料替代品。微膠囊通常通過原位乳液聚合法制備，原位乳液聚合法不僅操作簡單，而且可以控制殼的厚度和膠囊的大小，具體步驟如圖1所示。

圖1 原位乳液聚合法制備微膠囊示意圖

微膠囊對(duì)緩蝕劑/愈合劑的釋放也可由pH的變化引起。當(dāng)溶液通過裂紋滲透到涂層基體中，或金屬基體發(fā)生腐蝕反應(yīng)時(shí)，微膠囊周圍環(huán)境的pH發(fā)生變化，這會(huì)導(dǎo)致微膠囊壁材料的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，釋放愈合劑/緩蝕劑。

存在問題及優(yōu)化措施

若愈合劑/緩蝕劑用量不足，則無法完全修復(fù)涂層的缺陷，就不能阻止金屬的進(jìn)一步腐蝕。增加微膠囊用量雖然可以提高涂層的自修復(fù)效果，但會(huì)在涂層中引入更多的間隙，導(dǎo)致涂層的滲透路徑增加，降低涂層的耐蝕性。因此，提高納米容器中愈合劑/緩蝕劑的承載能力或控制愈合劑/緩蝕劑的緩慢釋放，是有效提高智能防腐涂料主動(dòng)防腐蝕能力的關(guān)鍵。擴(kuò)大負(fù)載緩蝕劑/愈合劑的微膠囊體積是提高其防護(hù)能力的直接而有效的方法，但對(duì)于有機(jī)微膠囊，增大體積并不是最合適的方法，因?yàn)橛袡C(jī)微膠囊的體積越小，與涂層的兼容性越好無機(jī)微膠囊的外部體積是固定的，但它們可以擴(kuò)展納米容器內(nèi)的空間，提高修復(fù)劑的負(fù)載效率。此外，通過改變微膠囊在涂層中的分布，使微膠囊更接近金屬基體的表面，有效縮短愈合劑的遷移途徑，可加速形成鈍化膜。許多無機(jī)微膠囊具有開孔結(jié)構(gòu)，這常常導(dǎo)致緩蝕劑過早泄漏。因此，需要設(shè)計(jì)和制造出對(duì)pH敏感的納米閥或通過氧化還原反應(yīng)觸發(fā)開關(guān)的超分子閥來控制緩蝕劑的釋放，實(shí)現(xiàn)緩蝕劑的按需分布，避免浪費(fèi)。

二、本征型自修復(fù)涂層

本征型自修復(fù)涂層對(duì)缺陷的修復(fù)是利用聚合物材料內(nèi)部可逆反應(yīng)的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，不需要添加其他的修復(fù)劑，根據(jù)反應(yīng)類型可分為化學(xué)型修復(fù)和物理型修復(fù)兩大類。

修復(fù)機(jī)理

本征型自修復(fù)涂層修復(fù)是通過提供能量來提高聚合物分子鏈的流動(dòng)性，使裂紋側(cè)壁上的聚合物鏈相互接觸，在聚合物鏈之間重新建立可逆的共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵，從而使涂層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)重新連接，涂層的性能得以恢復(fù)。基于可逆共價(jià)鍵的反應(yīng)有環(huán)加成反應(yīng)、鏈交換反應(yīng)和自由基反應(yīng)，基于超分子相互作用的機(jī)制包括氫鍵、π-π相互作用和離聚物。Diels-Alder/retro-Diels-Alder反應(yīng)（DA/rDA）是最常見的熱引發(fā)環(huán)加成反應(yīng)。在加熱條件下，共軛二烯烴和二烯烴發(fā)生環(huán)加成反應(yīng)，形成DA鍵，成為穩(wěn)定的聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但DA反應(yīng)需要較高的溫度（120 ℃以上），這不僅會(huì)導(dǎo)致大量的能量損失，而且會(huì)損壞涂層。因此，在低溫下實(shí)現(xiàn)對(duì)涂層的有效修復(fù)，將會(huì)有更加廣的應(yīng)用范圍和更好的實(shí)際應(yīng)用前景。對(duì)于含有熱塑性聚合物的材料，當(dāng)加熱溫度高于聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg或熱塑性聚合物的熔點(diǎn)Tm時(shí)，聚合物分子鏈會(huì)擴(kuò)散并密封涂層缺陷。通過在SMP涂層中添加光熱轉(zhuǎn)換粒子，將光轉(zhuǎn)化為熱，當(dāng)聚合物的溫度升高到Tg或Tm以上時(shí)，可修復(fù)涂層缺陷。常見的碳光熱轉(zhuǎn)化顆粒有石墨烯、CNTs、炭黑等，有機(jī)光熱劑包括PDA、聚苯胺（PANI）和聚吡咯（PPy）。

存在的問題及優(yōu)化措施

本征型智能防腐涂層存在的主要問題是如何平衡涂層的力學(xué)性能和自愈能力。較低Tg的自修復(fù)聚合物分子鏈間的相互作用較弱，表現(xiàn)出良好的修復(fù)能力，但聚合物的力學(xué)性能很差。高Tg的自修復(fù)聚合物表現(xiàn)出更強(qiáng)的分子相互作用，具有更好的力學(xué)性能，但自修復(fù)效果很差。但為了提高涂層的防腐蝕能力和使用壽命，需要同時(shí)提供較高的力學(xué)性能和較高的愈合能力。利用各自化學(xué)鍵的優(yōu)勢，結(jié)合多種作用方式，可以保證聚合物較高的力學(xué)性能和自愈能力。具有硬/軟兩相體系的聚合物也可以被開發(fā)和設(shè)計(jì)，為涂層提供優(yōu)異的力學(xué)性能和自修復(fù)能力，其中硬相為涂層提供力學(xué)性能，軟相提供涂層的自修復(fù)功能。

三、外援型和本征型自修復(fù)涂層的比較及優(yōu)化措施

外援型自修復(fù)涂層在工業(yè)應(yīng)用中具有很大的潛力，涂層缺陷的修復(fù)無需外加能量即可實(shí)現(xiàn)。在基體中加入微膠囊能起到增韌作用，延緩疲勞裂紋的擴(kuò)展，提高涂層的疲勞壽命。然而，目前可用于涂層的納米容器的種類仍然有限，并且大多數(shù)納米容器的制備過程復(fù)雜而繁瑣，很難大規(guī)模用于工業(yè)生產(chǎn)。對(duì)于本征型涂層，減少了對(duì)修復(fù)劑的依賴，理論上，涂層可以修復(fù)無數(shù)次，具有快速修復(fù)和大面積修復(fù)涂層裂紋的潛力。但該涂層只適用于特定的樹脂，同時(shí)也存在一些缺陷，如力學(xué)性能差、抗斷裂能力弱等。

有關(guān)外援型自修復(fù)涂層和本征型自修復(fù)涂層的比較及優(yōu)化措施如下：

外援型

定義：當(dāng)涂層受到外界刺激損壞時(shí)，含有修復(fù)劑的納米容器釋放愈合劑/緩蝕劑，修復(fù)涂層缺陷。

優(yōu)點(diǎn)：1) 涂層缺陷的修復(fù)無需外加能量，在工業(yè)應(yīng)用中具有很大的潛力；

2) 在基體中加入微膠囊能起到增韌作用，延緩疲勞裂紋的擴(kuò)展，提高涂層的疲勞壽命。

缺點(diǎn)：1) 可用于涂層的納米容器的種類有限；

2) 大多數(shù)納米容器的制備過程復(fù)雜，難以大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)；

3) 釋放修復(fù)劑后的空納米膠囊為腐蝕性物質(zhì)提供了新的滲透途徑；

4) 涂層的防腐效果和耐久性取決于固化劑/緩蝕劑的攜帶量。如果涂層只有幾個(gè)修復(fù)周期，在較為惡劣環(huán)境中的防腐性能力則遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足所需的要求。

優(yōu)化措施：1) 擴(kuò)大無機(jī)納米膠囊的體積或設(shè)計(jì)分子閥門，來地提高納米容器的承載能力，提高涂層的使用壽命；

2) 根據(jù)涂層中最需要的位置進(jìn)行設(shè)計(jì)和排列納米容器，減少其隨機(jī)分布。

本征型

定義：利用涂層聚合物基體的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)涂層的自修復(fù)。

優(yōu)點(diǎn)：1) 減少對(duì)修復(fù)劑的依賴，在理論上涂層可以修復(fù)無數(shù)次；

2) 有助于裂紋的快速修復(fù)，具有修復(fù)大面積裂紋的潛力。

缺點(diǎn)：1) 該涂料只適用于特定的樹脂，且成本較高，部分涂料聚合物對(duì)環(huán)境有一定的污染；

2) 存在如力學(xué)性能差、抗斷裂能力弱等缺陷；

3) 自修復(fù)時(shí)所需外部條件十分苛刻。

優(yōu)化措施：可以結(jié)合多種化學(xué)鍵開發(fā)出多相體系聚合物，以達(dá)到涂層高力學(xué)性能和高自愈能力之間的平衡。

綜上所述，結(jié)合這兩種涂層的優(yōu)點(diǎn)，可以開發(fā)出性能優(yōu)異的新型智能防腐蝕涂層。例如，在形狀記憶聚合物涂層中添加含有緩蝕劑的微膠囊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)受損涂層的雙重修復(fù)，為金屬基體提供更長期穩(wěn)定的保護(hù)，達(dá)到長期的自修復(fù)效果。然而，只有在實(shí)際或模擬環(huán)境中進(jìn)行長期腐蝕試驗(yàn)，才能真正評(píng)價(jià)智能防腐蝕涂層的自修復(fù)效果。

四、智能防腐涂層在核電站的應(yīng)用前景

國內(nèi)核電站循環(huán)水系統(tǒng)、循環(huán)水處理系統(tǒng)、重要生水系統(tǒng)、輔助冷卻水系統(tǒng)等海水系統(tǒng)防腐蝕的主要措施均為涂層防護(hù)，部分設(shè)備管道如重要生水系統(tǒng)管道、鼓網(wǎng)等還采用涂層+陰極保護(hù)的防腐蝕措施。在運(yùn)行一個(gè)燃料周期后，現(xiàn)有涂層均會(huì)出現(xiàn)不同程度的破損，造成電廠成本增加。而核電站海水系統(tǒng)內(nèi)部接觸的介質(zhì)主要為海水，根據(jù)智能涂層的防腐蝕機(jī)理，涂層遭受外力破壞及環(huán)境損傷滿足智能防腐蝕涂層自修復(fù)的觸發(fā)條件。因此，智能防腐蝕涂層具備應(yīng)用于核電站海水系統(tǒng)的潛在應(yīng)用價(jià)值和廣闊的市場應(yīng)用前景。但在核電站海水系統(tǒng)中，部分設(shè)備管道設(shè)計(jì)有陰極保護(hù)，系統(tǒng)內(nèi)海水鹽分較高，并帶有一定量的泥沙，在機(jī)組運(yùn)行過程中，海水呈流動(dòng)狀態(tài)，對(duì)涂層有一定的沖擊性。因此，智能防腐蝕涂層若在核電站海水系統(tǒng)中代替?zhèn)鹘y(tǒng)環(huán)氧涂層，除需解決自身工業(yè)化量產(chǎn)問題及降低制造成本外，還需在以下方面開展應(yīng)用研究：

1、智能防腐蝕涂層在核電站所處海水環(huán)境中的耐陰極剝離性能；

2、智能防腐蝕涂層在海水中的耐沖擊、耐磨損性能；

3、智能防腐蝕涂層在海水中的抗海水滲透能力；

4、智能防腐蝕涂層在海水環(huán)境中的自我修復(fù)能力驗(yàn)證。

五、結(jié)論與展望

智能防腐蝕涂層可分為外援型自修復(fù)涂層和本征型自修復(fù)涂層兩類，能夠滿足防腐蝕涂料可靠性和長壽命的要求，但目前智能防腐蝕涂層仍處于理論研究和初步研發(fā)階段，相關(guān)的工業(yè)化應(yīng)用較少，還需從以下幾方面進(jìn)行更為深入的研究，以研究出能完全應(yīng)用于核電站海水系統(tǒng)的智能自修復(fù)涂層：

1、簡化涂層的制備工藝，降低成本，結(jié)合實(shí)際情況，選擇合適的自修復(fù)結(jié)構(gòu)和修復(fù)劑，更好應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中；

2、為了使智能防腐蝕涂層能適應(yīng)不同的惡劣環(huán)境，還需要對(duì)一些兼顧自潔、抗菌、自預(yù)警等其他功能的涂層，進(jìn)行更系統(tǒng)的探索；

3、為了在核電站海水系統(tǒng)中應(yīng)用，還需對(duì)智能防腐蝕涂層在海水中的耐陰極剝離性能、耐沖擊、耐磨損性能、抗海水滲透能力、自我修復(fù)能力進(jìn)行驗(yàn)證。

六、夢能服務(wù)與支持

1、免費(fèi)樣品

如果您對(duì)我公司的工業(yè)重防腐油漆產(chǎn)品有需要或者申請(qǐng)樣品試用，請(qǐng)與我們的客服人員取得聯(lián)系。400-878-0506

油漆樣品適用范圍：

用于新建項(xiàng)目：驗(yàn)證油漆配套的可行性、檢驗(yàn)附著力、效果圖與實(shí)際顏色的色差。

用于維修項(xiàng)目：驗(yàn)證與舊涂層的兼容性。

用于日常修補(bǔ)：提供少量樣品用于修補(bǔ)破損處。

申請(qǐng)用量：在1KG以內(nèi)免費(fèi)送貨上門。

2、免費(fèi)打樣

如果您想看到工業(yè)重防腐油漆在產(chǎn)品上的實(shí)際應(yīng)用、外觀、性能測試，請(qǐng)與我們客服人員聯(lián)系，將樣板寄往夢能科技營銷部，由專業(yè)噴涂人員為樣板提供油漆打樣。

3、服務(wù)團(tuán)隊(duì)

夢能對(duì)技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)始終進(jìn)行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化管理，從專業(yè)培訓(xùn)到日常報(bào)告的管理都有一整套完善的體系。夢能公司每年都會(huì)對(duì)技術(shù)服務(wù)人員進(jìn)行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計(jì)，以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準(zhǔn)的專業(yè)素質(zhì)，每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進(jìn)的涂裝檢驗(yàn)儀器，儀器設(shè)備均按規(guī)定的時(shí)間期限進(jìn)行定期校驗(yàn)，以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。

4、購買通道

零售：購買50kg以內(nèi)，線上購買，抖店直接下單購買。

工廠業(yè)務(wù)：長期合作、量大從優(yōu)、生產(chǎn)調(diào)試、質(zhì)量檢測、開具13%專用發(fā)票

貿(mào)易、代理：提供代工業(yè)務(wù)支持，項(xiàng)目保護(hù)。

業(yè)主、總包、設(shè)計(jì)院：提供防腐方案設(shè)計(jì)、性能檢測、施工方案、現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)。

涂裝施工：提供解決方案、現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)。