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  工業(yè)及生活中的腐蝕現(xiàn)象隨處可見(jiàn)，金屬材料因腐蝕失效每年對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)都會(huì)造成巨大的損失。研究者們發(fā)現(xiàn)防腐處理可以提高金屬材料的使用壽命，從而顯著降低成本。在眾多保護(hù)金屬材料防止其腐蝕的方法中，表面涂層由于適用范圍廣、保護(hù)效果好、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，被公認(rèn)為最有效、應(yīng)用最廣泛的防腐方法。但是防腐涂層在運(yùn)輸與使用中不可避免會(huì)遭到損壞，導(dǎo)致金屬基體暴露在環(huán)境中迅速被氧化腐蝕，防腐涂層的使用壽命也大大縮短。

圖1. CNC 穩(wěn)定Pickering 乳液制備具有高透明度和高霧度的自愈合涂層

  針對(duì)以上問(wèn)題，華南師范大學(xué)周?chē)?guó)富教授團(tuán)隊(duì)張振副研究員課題組利用纖維素納米晶穩(wěn)定的Pickering乳液構(gòu)筑了自愈合、高透明、高霧度的聚氨酯涂層。該自愈合涂層以纖維素納米晶（CNC）穩(wěn)定亞麻仁油（LO）制備Pickering乳液，將Pickering乳液與水性聚氨酯（WPU）以一定比例混合，CNC穩(wěn)定的LO Pickering乳液均勻分散在WPU中，室溫干燥后得到自愈合WPU涂層（圖1）。LO含有大量不飽和脂肪酸，在室溫和暴露空氣時(shí)，可以發(fā)生氧化自聚合反應(yīng)。當(dāng)涂層發(fā)生剮蹭產(chǎn)生劃痕時(shí)，LO被暴露于空氣中，通過(guò)發(fā)生氧化自聚合反應(yīng)而使劃痕自愈合而得到修復(fù)。此外由于WPU中LO Pickering乳液液滴對(duì)光的散射，自愈合WPU涂層呈現(xiàn)了高透明和高霧度，可應(yīng)用于燈罩或玻璃的涂層，在保證光高透過(guò)的同時(shí)，使光照分部更加均勻。張振課題組主要研究納米纖維素的制備、改性和應(yīng)用等，近年來(lái)圍繞CNC穩(wěn)定Pickering乳液構(gòu)筑了中空聚合物微膠囊、相變材料微膠囊、熱致變色微膠囊和膠體體等功能復(fù)合材料（Chemical Engineering Journal 2022, 428, 131164；ACS Applied Materials & Interfaces 2022, 14 (3), 4588-4597；Journal of Colloid and Interface Science 2019, 555, 489-497；ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2019, 7 (21), 17756-17767；ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2018, 6 (2), 2583-2590）。

圖 3. 不同 CNC 濃度（分別為 0.5、1、2.5、5 和 10 mg/mL）穩(wěn)定Pickering 乳液的 （a）POM 圖像；（b）乳液液滴尺寸隨CNC 濃度變化圖；（c） 靜置 24 h 后乳液的體積分?jǐn)?shù)（插圖為Pickering乳液的光學(xué)圖像）；（d）Pickering 乳液的CNC表面覆蓋率隨CNC的濃度。

圖 4. 不同時(shí)間自修復(fù)涂層劃痕寬度的 3D 表面形貌圖（a）不使用催干劑和（b）使用催干劑。

圖 5. 不同含量Pickering 乳液的自愈合涂層膜（a）拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)和（b）楊氏模量和極限強(qiáng)度圖（P.E 代表 Pickering 乳液）。

圖6.不同Pickering乳液含量的自愈合涂層膜與“DIRM”圖案0 cm和1.5 cm的圖片（a）；（b）透光率圖譜；（c）霧度圖（P.E 代表 Pickering 乳液）。

圖 7.（a）自愈合涂層膜作為燈罩的示意圖；（b） 不同皮克林乳液含量的自愈合涂層膜在準(zhǔn)直LED光源（波長(zhǎng)530 nm）照射下的圖像；（c）不同Pickering乳液含量的自愈合涂層膜的光輻射通量圖 (d₁ = 0 cm, d₂ = 16 cm)；（d）0 wt.% 和 25 wt.% 含量Pickering乳液的自愈合涂層膜的光輻射通量圖（d₂ = 0、4、8、12、16 cm）；(e) 0 wt.% 和 25 wt.%含量 Pickering乳液的自愈合涂層膜的光輻射通量圖（d₁ = 0、4、8、12、16 cm, d=16 cm）（d = d₁ + d₂，d₁表示準(zhǔn)直LED光源與涂層膜的距離，d₂表示涂層膜與光輻射計(jì)的距離）（P.E代表Pickering emulsion）。

  以上研究成果以Self-healing waterborne polyurethane coatings with high transparence and haze via cellulose nanocrystal stabilized linseed oil Pickering emulsion為題發(fā)表在International Journal of Biological Macromolecules上。該論文的第一單位為華南師范大學(xué)華南先進(jìn)光電子研究院，論文第一作者為2020級(jí)碩士生劉納納和萬(wàn)博林，中南大學(xué)唐俊濤副教授、西安電子科技大學(xué)白曉霞副教授和電子科技大學(xué)姚堯副研究員為該論文的共同通訊作者。本論文得到廣東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國(guó)家自然基金、廣東省普通高校特色創(chuàng)新項(xiàng)目等基金的大力支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.123830