[發(fā)明專利]氧化還原響應(yīng)自修復(fù)防腐涂層及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710100350.9
• 申請(qǐng)日: 2017-02-23
• 公開（公告）號(hào): CN106867404B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 傅佳駿;丁晨迪;徐雅民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C09D183/07
• 分類號(hào): C09D183/07;C09D1/00;C09D5/08;C23F11/12;C23F11/14;C23F11/16;C23F11/10
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅;朱顯國

本發(fā)明公開了一種高靈敏度氧化還原響應(yīng)自修復(fù)防腐涂層，屬于金屬防腐涂層技術(shù)領(lǐng)域。該高靈敏度氧化還原響應(yīng)自修復(fù)防腐涂層由有機(jī)?無機(jī)雜化溶膠凝膠涂層和摻雜在有機(jī)?無機(jī)雜化溶膠凝膠涂層內(nèi)部的磁性智能納米容器組成。制備過程為：制備磁性智能納米容器；將磁性智能納米容器分散在有機(jī)?無機(jī)雜化凝膠中，然后涂覆在鎂合金基材表面形成高靈敏度氧化還原響應(yīng)自修復(fù)防腐涂層。本發(fā)明的高靈敏度氧化還原響應(yīng)自修復(fù)防腐涂層可提高涂層基底的致密程度，并且在涂層受損、金屬基材暴露在腐蝕環(huán)境中可主動(dòng)積極且迅速的釋放緩蝕劑分子，吸附在金屬基材表面達(dá)到自修復(fù)的效果，是一種性能良好，具有應(yīng)用潛力的智能高效的防腐涂層。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明金屬防腐涂層及制備方法，具體講是一種氧化還原響應(yīng)自修復(fù)防腐涂層及其其制備方法和應(yīng)用，屬于金屬防腐技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鎂合金由于其具有比強(qiáng)度高、散熱好、密度小、鑄造性能優(yōu)異等一系列優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用航空航天、運(yùn)輸?shù)裙I(yè)部門，對(duì)實(shí)現(xiàn)設(shè)備輕量化、節(jié)能減排的長期目標(biāo)具有重要作用。然而由于鎂元素化學(xué)性質(zhì)活潑，導(dǎo)致鎂合金材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性差，在實(shí)際應(yīng)用過程中往往存在易受腐蝕侵害的隱患，這一特點(diǎn)限制了鎂合金的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用。到目前為止，設(shè)計(jì)開發(fā)有效的鎂合金防腐措施仍是世界范圍內(nèi)的難題。

在鎂合金表面涂覆保護(hù)性涂層可以將腐蝕性介質(zhì)與鎂合金材料隔絕開來，是一種廣泛采用的保護(hù)措施，然而一旦涂層失效，如在外力作用下產(chǎn)生微裂縫或者經(jīng)受腐蝕性介質(zhì)的緩慢侵蝕，暴露出的鎂合金會(huì)迅速腐蝕，同時(shí)引起涂層剝離等其他問題。針對(duì)這一現(xiàn)象，自修復(fù)技術(shù)開始被引入防腐涂層的研發(fā)中。目前比較普遍的做法是將金屬緩蝕劑加入涂層中。當(dāng)金屬緩蝕劑以適量的濃度和形式存在于外部環(huán)境中，可以減緩金屬腐蝕，然而，有研究表明，金屬緩蝕劑可能導(dǎo)致涂層結(jié)構(gòu)的改變，容易造成涂層的退化。因此，急需設(shè)計(jì)一種有效封裝金屬緩蝕劑的措施，既能避免緩蝕劑與涂層基體的直接接觸，又能保證涂層受損、金屬基底腐蝕時(shí)，緩蝕劑分子可被快速釋放至腐蝕受損區(qū)域。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，已有的思路是：將緩蝕劑分子封裝在微米甚至納米級(jí)的材料內(nèi)部，同時(shí)在載體材料表面進(jìn)行化學(xué)修飾，以實(shí)現(xiàn)緩蝕劑分子的可控釋放。再將緩蝕劑載體摻雜在涂層內(nèi)部，涂覆在金屬表面。鑒于鎂合金的腐蝕速度極快，因此，腐蝕發(fā)生后，緩蝕劑分子必須快速釋放出來，以修補(bǔ)受損區(qū)域，否則一旦腐蝕的金屬生成腐蝕產(chǎn)物，緩蝕劑分子難以直接接觸到金屬，從而使得對(duì)金屬的保護(hù)效果大打折扣，并且產(chǎn)生垢下腐蝕等后續(xù)問題。

金屬腐蝕過程的本質(zhì)是一個(gè)氧化還原的化學(xué)反應(yīng)。在這一過程中，會(huì)伴隨出現(xiàn)一些物理參數(shù)的改變，如腐蝕微環(huán)境的酸堿度，金屬離子的濃度等。目前已有自修復(fù)涂層采用酸堿度的改變及金屬離子濃度的改變作為觸發(fā)金屬緩蝕劑釋放的機(jī)制。然而，金屬腐蝕過程最顯著的變化是氧化還原過程中的電子得失改變，金屬腐蝕的陽極反應(yīng)產(chǎn)生金屬離子及自由電子，目前尚未有根據(jù)電子得失改變作為觸發(fā)緩蝕劑釋放的機(jī)制，對(duì)于氧化還原響應(yīng)的自修復(fù)涂層的研究尚在空白階段，這種材料在腐蝕防護(hù)應(yīng)用領(lǐng)域具有極大的潛力。

與此同時(shí)，根據(jù)緩蝕劑需要快速到達(dá)金屬受損區(qū)域這一思路，令緩蝕劑載體足夠接近金屬表面可使得緩蝕劑分子遷移至受損金屬表面的路徑大大縮短，而目前尚未有研究能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提升現(xiàn)有技術(shù)水平，提供一種高效靈敏，對(duì)金屬腐蝕氧化還原反應(yīng)能產(chǎn)生快速精確響應(yīng)的自修復(fù)防腐涂層、制備方法及應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于鎂合金腐蝕快速響應(yīng)、迅速修復(fù)的技術(shù)目標(biāo)，本發(fā)明提供的氧化還原響應(yīng)自修復(fù)防腐涂層，由有機(jī)-無機(jī)雜化溶膠凝膠涂層和摻雜在有機(jī)-無機(jī)雜化溶膠凝膠涂層內(nèi)部的磁性Fe₃O₄/介孔氧化硅納米容器組成。

本發(fā)明中，所述的磁性Fe₃O₄/介孔氧化硅納米容器的內(nèi)部封裝緩蝕劑分子，其表面修飾硫硫鍵-己基吡啶分子承軸，并以水溶性柱[6]芳烴作為大環(huán)分子閥門蓋。

本發(fā)明中，上述防腐涂層通過以下步驟制備：