[发明专利]一种双组分自修复纳米纤维及含有该纤维的水性涂料

说明书

本发明提供一种双组分自修复纳米纤维及含有该纤维的水性涂料。所述的双组分自修复纳米纤维，其特征在于，包含第一纳米纤维和第二纳米纤维，其中，所述的第一纳米纤维和第二纳米纤维均为核壳结构，均包括核层材料以及包覆在核层材料外侧的壳层材料，第一纳米纤维和第二纳米纤维的核层材料分别含有A组分和B组分，第一纳米纤维和第二纳米纤维的壳层材料破裂后，A组分和B组分相遇后能够形成修复材料。所述的纤维可广泛地用于各种涂料，尤其是以水性树脂为基体的涂料中以实现涂层的自修复性能。

技术领域

本发明涉及一种双组分自修复纳米纤维及其制备方法和其在水性涂料中的应用，属于化工和功能材料领域。

背景技术

有机涂层防腐因低价高效成为最常用的防腐措施。目前涂层存在以下两大问题：一是目前广泛使用的涂层含大量有机溶剂，对环境及人都有一定危害，因此未来应用会受到一定限制；二是涂层受外界环境破环出现裂纹/划伤时会失去对基体的保护作用。而自修复涂层可自主修复受损部位达到防腐效果。目前涂层自修复有两个途径：一是涂层材料本征自修复，即材料在破坏时通过氢键/Π键结合等内在的可逆反应实现自修复。二是涂层中加入自修复微胶囊，在涂层破坏时微胶囊破裂释放出修复剂以修复受损部位。但以上两种途径由于使用条件苛刻(需额外提供能量)及修复效果不理想、无法多次修复等缺陷而难以大规模应用。本发明提出一种含修复剂的纳米纤维增强的水性有机涂料，这种涂料不但比传统的溶剂型涂料更环保，而且在金属表面用做防腐涂层，可实现较高效率的可重复修复。

发明内容

本发明的目的之一是为了解决上述的使用条件苛刻、修复效果不理想(无法多次修复)及应用规模受限等技术问题而提供一种双组分自修复纳米纤维，该自修复纳米纤维具有对环境要求低、修复性能及可重复性好、可广泛用于各种水性涂料中等优点。

本发明的目的之二是提供上述的双组分自修复纳米纤维的制备方法，该同轴静电纺丝法效率高、成本低，因此具有制备方法简单、性能稳定、成本低廉的优点。

本发明的目的之三，在于提供一种含有上述双组分自修复纳米纤维的水性涂料，该涂料及其所制备的涂层具有环境友好性、自修复性、高耐蚀性、使用寿命长，力学性能优异等优点。

本发明的技术原理：

本发明提出一种核壳结构自修复纳米纤维，通过这个核壳结构的设计实现双组分修复剂的装载，其中的核材料是可以发生交联反应的双组份化学物质，它们分别被装载在壳材料中。当涂层出现裂纹或划伤时，涂层中的纳米纤维破裂释放出双组分的修复剂，双组分修复剂发生交联反应而固化，实现对裂纹或划伤部位的填充和自发性修复。纤维表面的吸附的石墨烯纳米片可增强自修复纳米纤维力学性能，同时保护纳米纤维，防止修复剂泄露。

本发明的技术方案：

一种双组分自修复纳米纤维，其特征在于，包含第一纳米纤维和第二纳米纤维，其中，所述的第一纳米纤维和第二纳米纤维均为核壳结构，均包括核层材料以及包覆在核层材料外侧的壳层材料，第一纳米纤维和第二纳米纤维的核层材料分别含有A组分和B组分，第一纳米纤维和第二纳米纤维破裂后能够释放A组分和B组分，A组分和B组分相遇后能够发生交联反应而固化形成修复材料。

所述的A组分和B组分分别为树脂单体和固化剂或催化剂，优选为双环戊二烯和Grubb’s催化剂，二甲基硅氧烷和二甲基-甲氧基-硅氧烷，或环氧树脂单体和固化剂。

优选地，所述的壳层材料是聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等具有良好可纺性的常用材料中的一种。

优选地，按质量比计算，所述的第一纳米纤维和第二纳米纤维的核层材料：壳层材料均为1：0.4-1.6。