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現代功能可以使涂料更具可持續性，增加價值并使日常生活更輕松。我們采訪了Fraunhofer IFAM的Gesa Patzelt，了解功能性涂料的工作原理，如何開發它們以及短期和長期市場準備的功能。

Frasahofer IFAM博士gesa Patzelt博士

Gesa Patzelt博士是德國Fraunhofer IFAM的項目負責人涂料在線coatingol.com。她將于10月份舉辦功能性涂料研討會。

功能性涂料的定義是什么？

Gesa Patzelt博士：當問到不同的專家時，定義略有不同。最終，涂層的一般性能，如防腐蝕或裝飾，應該由其他功能補充。這些屬性范圍很廣，也可以針對各種應用進行不同的定義。

例如，在航空工業中，這些包括抗污染，抗冰，侵蝕穩定性，但也降低了機翼上的流動阻力。最終，所有能夠節省燃料的技術。原則上，許多發展是由環保，例如話題引發的，因為一個人想減少二氧化碳2排放量。這就是為什么功能性涂料也是一個非常令人興奮的領域，有助于保護環境。

這當然不僅僅是航空業的情況？

Patzelt：沒錯，這個區域還有防污涂料，用于防止微生物在船上生長。目前，殺生物劑主要用于此目的，但由于其毒性，其中一些已經被禁用。我們還在開發功能概念作為替代方案。在這里，我們可以幫助減少海洋污染。一方面，通過使用較少的燃料如重油，另一方面，通過使用很少或根本不使用殺生物劑。

是否有市場上已有的功能性涂料的具體實例？

Patzelt：是的，這是我們與Adler-Werk Lackfabrik一起開發的自我修復木材清漆。該涂層含有微膠囊。如果由冰雹引起損壞，則由膠囊形成的自愈劑從膠囊中出現并保護木質基材，因為形成的裂縫部分填充。

還有一些涂料即將商業化。例如，我們開發了一種具有微觀結構的漆，其模仿鯊魚皮。這用于航空和風能的閾值，旨在降低壁摩擦阻力。

經典功能涂層，易清潔涂層怎么樣？

Patzelt：這里有一些東西已經使用了很長時間。例如，每個人都知道蓮花。原則上，易清潔涂層的耐久性尚不十分理想。這是功能性涂層的一般問題。

這是什么原因？

Patzelt：每個案例都有所不同。為了理解這一點，您必須知道如何創建功能。最簡單的方法是使用添加劑實現功能。它們可在聚合物基質中移動并遷移到表面以在那里發揮功能。然而，它們也可以以這種方式從涂層中消失。當然，添加劑的儲存器最終會耗盡。

您還必須了解功能性添加劑如何適合配方，以及配方中使用的所有其他添加劑和填料和顏料是否與這些添加劑相容。還可能發生導致較低阻力的不兼容性。因此，通常，更好地開發與此一致的聚合物基質并且可能與其交聯活性物質。在這種情況下，穩定性要高得多。

但這聽起來也更復雜。

Patzelt：是的，它有點復雜。但也可以將其他官能團與添加劑偶聯，然后添加劑與聚合物基質相互作用。例如，異氰酸酯可與添加劑的OH基團相互作用并交聯。通過這種方式，這些物質牢固地結合在一起，不會遷移到表面，在那里它們可以直接錨定并可以使用更長時間。

現在有兩種策略，一種是以傳統方式添加添加劑，另一種是以固定方式加入添加劑。還有其他策略嗎？

Patzelt：當然，我之前提到的是微膠囊。這里，待包封物質的化學結構是決定性的。可以封裝不同的物質，這取決于它們是否在含水或含溶劑的環境中。這也將是存在于涂層中但在這種情況下僅通過損壞再次釋放的儲存器的示例。

這不僅僅是關于自我修復。例如，熒光染料也被包封，然后當涂層受損時它起到指示劑的作用。這對于具有一定裂縫傾向且不一定清晰可見的材料是有用的。

此外，我們還有一個概念，在其中我們展示均勻分布的填充物的頂層，然后對它們進行功能化，以便稍后使用。或者您已經對用等離子體暴露的顆粒進行了功能化。前提條件是等離子體不會改變官能化。這些微膠囊確保保持自修復涂層的保護功能。

是否有任何概念也可以光學恢復初始狀態？

Patzelt：是的，但他們離應用程序更遠了。這是內在自我修復的領域，其中自我修復源于聚合物。在聚合物基質中存在金屬絡合物，其在損壞時首先分離但隨后重新定向，或通過氫鍵，然后在損壞后重新定向并且再次完全修復涂層。

Fraunhofer IFAM還有一篇博士論文，該論文表明，此處研究的聚合物的自我修復僅適用于一定的濕度。這意味著總有某種觸發器能夠實現自我修復，這意味著這種涂層不能在全世界范圍內使用。

到目前為止，我們主要討論了各個功能。是否也可以創建兩個或三個不同的功能？

Patzelt：肯定有功能可以相互結合。例如，具有非常好的侵蝕穩定性的彈性體涂層也可以制成疏水性的，使得它們還具有易于清潔或防污的特性。

但功能有時會對彼此產生負面影響。例如，涂層的結構會受到影響。當然，為所有功能配備一個涂層會很棒，但不幸的是，這樣做是行不通的。

如果我們展望未來，在功能性涂料領域將會變得重要嗎？

Patzelt：一般來說，結構化表面的主題在涉及不同的恐懼癥時很有意思，即疏水和疏油表面的組合。這是一種排斥污垢或昆蟲的方法，它由許多不同的成分組成。

但仍有很多發展方向。特別是，我們需要了解微觀和納米結構之間的相互作用，它們的組合以及結構的理想外觀。 

例如，我們無法事先預測某些結構將如何影響冰測試或抗污染測試。如果我們完全理解這一點，我們將來可以向工具箱的方向移動更多。