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  工業及生活中的腐蝕現象隨處可見，金屬材料因腐蝕失效每年對國民經濟都會造成巨大的損失。研究者們發現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、保護效果好、操作簡便等特點，被公認為最有效、應用最廣泛的防腐方法。但是防腐涂層在運輸與使用中不可避免會遭到損壞，導致金屬基體暴露在環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 穩定Pickering 乳液制備具有高透明度和高霧度的自愈合涂層

  針對以上問題，華南師范大學周國富教授團隊張振副研究員課題組利用纖維素納米晶穩定的Pickering乳液構筑了自愈合、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，可以發生氧化自聚合反應。當涂層發生剮蹭產生劃痕時，LO被暴露于空氣中，通過發生氧化自聚合反應而使劃痕自愈合而得到修復。此外由于WPU中LO Pickering乳液液滴對光的散射，自愈合WPU涂層呈現了高透明和高霧度，可應用于燈罩或玻璃的涂層，在保證光高透過的同時，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、改性和應用等，近年來圍繞CNC穩定Pickering乳液構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 后乳液的體積分數（插圖為Pickering乳液的光學圖像）；（d）Pickering 乳液的CNC表面覆蓋率隨CNC的濃度。

圖 4. 不同時間自修復涂層劃痕寬度的 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）拉伸應力-應變曲線和（b）楊氏模量和極限強度圖（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直LED光源（波長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表示準直LED光源與涂層膜的距離，d₂表示涂層膜與光輻射計的距離）（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為題發表在International Journal of Biological Macromolecules上。該論文的第一單位為華南師范大學華南先進光電子研究院，論文第一作者為2020級碩士生劉納納和萬博林，中南大學唐俊濤副教授、西安電子科技大學白曉霞副教授和電子科技大學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基金面上項目、國家自然基金、廣東省普通高校特色創新項目等基金的大力支持。

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