金屬腐蝕在工業(yè)應(yīng)用中是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，它不僅導(dǎo)致資源的大量損失，還對(duì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境造成顯著影響。常用的防腐技術(shù)包括轉(zhuǎn)化涂層、微弧氧化涂層和有機(jī)涂層。其中，鉻酸鹽基轉(zhuǎn)化涂層因其優(yōu)異的防腐性能，在過去得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于鉻具有顯著的致癌性，這類涂層的使用已逐漸被淘汰，并日益受到限制。為此，研究人員開始對(duì)結(jié)合了被動(dòng)和主動(dòng)防腐能力的自修復(fù)涂層越來越感興趣。
通過添加二氧化硅、金屬-有機(jī)框架（MOFs）和埃洛石納米管等填料，涂層的被動(dòng)腐蝕防護(hù)性能得到增強(qiáng)。與上述填料相比，2D結(jié)構(gòu)材料，如氧化石墨烯（GO）和氮化硼（BN），具有特別強(qiáng)的阻隔性能。這些材料通過形成“迷宮效應(yīng)”，有效延長了腐蝕離子在涂層中的擴(kuò)散路徑。然而，僅含有2D填料的涂層在機(jī)械或環(huán)境應(yīng)力下容易損壞，從而導(dǎo)致涂層阻隔性能的惡化。
為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，涂層必須結(jié)合主動(dòng)防腐和其他基本性能。這類涂層在受損時(shí)會(huì)釋放緩蝕劑來修復(fù)受損區(qū)域。緩蝕劑通常封裝在3D結(jié)構(gòu)的微/納米容器中，然后加入涂層中，以提高其穩(wěn)定性并防止過早失效。具有中空結(jié)構(gòu)的納米材料因其高負(fù)載能力而特別適合作為納米容器。盡管用于裝載緩蝕劑的3D納米容器可以幫助延緩電解質(zhì)溶液在涂層中的滲透，但其效果仍不如2D材料。因此，人們投入了大量精力開發(fā)2D/3D復(fù)合材料。當(dāng)集成到涂層中時(shí)，2D材料提供了增強(qiáng)的被動(dòng)防腐保護(hù)，而加載緩蝕劑的3D材料提供了主動(dòng)防腐保護(hù)。但是，2D/3D復(fù)合材料的合成相對(duì)復(fù)雜，還必須考慮這些材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，開發(fā)用于防腐涂層的2D/3D結(jié)構(gòu)功能集成納米材料是非常有必要的。
近期，哈爾濱工程大學(xué)王艷力團(tuán)隊(duì)、西安交通大學(xué)、西安稀有金屬材料研究院有限公司成功開發(fā)了一種智能防腐涂層。
利用聚乙二醇（PEG）封裝負(fù)載緩蝕劑咪唑啉（IM）的十二面體層狀雙氫氧化物（LDH）納米籠，合成2D/3D結(jié)構(gòu)功能集成納米材料（ZLIP）；然后將ZLIP加入到環(huán)氧樹脂基質(zhì)中，制得多功能防腐涂層（ZLIP/EP）。 當(dāng)ZLIP/EP涂層受損時(shí)，LDH層可以捕獲電解質(zhì)溶液中的氯離子，同時(shí)釋放IM抑制腐蝕。儲(chǔ)存在ZLIP獨(dú)特的3D中空結(jié)構(gòu)中的IM也可以被釋放并隨后吸附到鋼基體上，進(jìn)一步提高涂層的主動(dòng)防腐能力。即使經(jīng)過40天浸泡后，ZLIP/EP涂層低頻阻抗模量仍保持在68.8 MΩ·cm2，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性。此外，該防腐涂層還具有優(yōu)異的自修復(fù)性能。因此，本研究為自修復(fù)防腐涂層的實(shí)際應(yīng)用提供了一種新的思路。 ZLIP合成圖 ZLIP合成圖。
被動(dòng)防腐機(jī)理 ZL/EP和ZLIP/EP的被動(dòng)防腐機(jī)理。
主動(dòng)防腐機(jī)理 ZLIP/EP主動(dòng)防腐機(jī)理。
數(shù)據(jù)來源與出處 相關(guān)研究成果以“Multifunctional anti-corrosion coatings based on 2D/3D structure-function integrated nanomaterials for steel protection”為標(biāo)題發(fā)表在《Progress in Organic Coatings》上。
