[發明專利]一種金屬有機框架化合物耐蝕薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202010639819.8
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111733411A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 張優;王菊萍;張哲;馬妍;王浩;陳飛;衛元坤
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院
• 主分類號: C23C22/68
• 分類號: C23C22/68;C23C22/83;C23F11/14;C23C28/04
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;李闖

本發明公開了一種金屬有機框架化合物耐蝕薄膜及其制備方法，該金屬有機框架化合物耐蝕薄膜為雙層結構，內層為ZnAl?LDH預處理層，外層為鋅和苯并三氮唑組成的MOF層；LDH表示層狀雙羥基復合金屬氧化物，MOF表示金屬有機框架化合物。本發明實現了MOF薄膜在鋁合金基體表面的原位固載以及對緩蝕劑的有效存儲和釋放，該薄膜不僅結晶度良好，成膜均勻致密，與鋁合金基體結合力良好，而且具有優異的耐蝕性與自修復性能，能夠有效延緩鋁合金基體的腐蝕。

技術領域

本發明涉及金屬腐蝕防護領域，尤其涉及一種金屬有機框架化合物耐蝕薄膜及其制備方法。

背景技術

隨著對鋁合金腐蝕機理的深入研究以及納米新技術的不斷開發，人們開始探索新型高效的鋁合金表面防護技術。其中，將緩蝕劑技術與涂層防護技術相結合構筑緩蝕涂層的主動緩蝕體系，已成為該領域爭相探索的研究方向。但一般的緩蝕涂層對緩蝕劑活性成分的釋放是不可控的，這會導致涂層自修復能力的快速消耗，甚至會滲透氣泡。因此，在構筑主動緩釋體系時，常將緩蝕劑貯存在“納米容器”或“微膠囊”中，以避免緩蝕劑與涂層成分發生相互影響，只有在腐蝕發生或涂層被破壞后，主動緩釋體系才會依據環境信號自動釋放出緩蝕劑，產生修復作用，從而達到抑制腐蝕發生及延長涂層壽命的目的。

金屬有機框架化合物(Metal-Organic Framwork，MOF)以其豐富的內部孔道和開放框架等優異特性成為與石墨烯類似的萬能材料，近年來在氣體吸附、光學材料、藥物釋放等領域具有重要的地位和研究價值，并已開始作為緩蝕劑載體在金屬腐蝕防護領域顯示出應用潛力。例如，MOF作為納米容器對緩蝕劑進行負載，具有響應釋放、負載效率高、緩釋性能優異等特點，然后將負載緩蝕劑的MOF納米容器添加到有機涂層中對鋼、鋁合金等金屬起到有效的防護作用。然而將MOF以粉體形式摻雜于有機涂層中存在與金屬基體結合力弱、粉體分散不均勻以及耐熱性差等問題，通過在金屬基體表面直接制備生長MOF薄膜可改善這一問題。目前直接在金屬基體表面制備MOF薄膜的技術方法非常有限，往往需要在經過陽極氧化處理后的金屬氧化物膜層表面進行生長，且尚未有報道將MOF作為緩蝕劑載體的薄膜制備技術。因此，急需開發MOF耐蝕薄膜制備技術擴大其在金屬腐蝕防護領域的應用潛力。

發明內容

針對現有技術中的上述不足之處，本發明提供了一種金屬有機框架化合物耐蝕薄膜及其制備方法，實現了MOF薄膜在鋁合金基體表面的原位固載以及對緩蝕劑的有效存儲和釋放，該薄膜不僅結晶度良好，成膜均勻致密，與鋁合金基體結合力良好，而且具有優異的耐蝕性與自修復性能，能夠有效延緩鋁合金基體的腐蝕。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種金屬有機框架化合物耐蝕薄膜，該金屬有機框架化合物耐蝕薄膜為雙層結構，內層為ZnAl-LDH預處理層，外層為鋅和苯并三氮唑組成的MOF層；其中，LDH表示層狀雙羥基復合金屬氧化物，MOF表示金屬有機框架化合物。

優選地，所述ZnAl-LDH預處理層的化學組成為[Zn_1-xAl_x(OH)₂]^x+(A^y-_x/y)·mH₂O；其中，x為Al³⁺/(Zn²⁺+Al³⁺)的物質的量比；y為陰離子電荷數；m為層間水分子的個數；A^y-為LDH層間陰離子，采用硝酸根、釩酸根、鉬酸根、鎢酸根、磷酸根、8-羥基喹啉、2-巰基苯并噻唑中的至少一種。

優選地，所述MOF層的化學組成為{[Zn(FDA)(BTA)]^-·(Me₂NH₂)⁺}_n；其中，FDA為去質子的2,5-呋喃二甲酸，BTA為去質子的苯并三氮唑，Me₂NH₂為二甲胺陽離子，n為所含重復結構單元的數目。