[發明專利]一種損傷感知腐蝕預警智能涂層材料及其應用

有效

• 申請號: 202210233477.9
• 申請日: 2022-03-10
• 公開（公告）號: CN114716879B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 齊鍇;范德紅;邱于兵;郭興蓬
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C09D133/00
• 分類號: C09D133/00;C09D163/00;C09D127/12;C09D5/22;C09D5/08
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孫楊柳

本發明涉及一種損傷感知腐蝕預警智能涂層材料及其應用，屬于防腐涂層材料領域。包括具有熒光效應的金屬有機框架材料和疏水樹脂，具有熒光效應的金屬有機框架材料優選為Zr?MOF、Tb?MOF或Zn?MOF，疏水樹脂優選為丙烯酸樹脂、環氧樹脂或氟碳樹脂。當涂層損傷部位未到達金屬基底時，金屬有機框架材料與環境介質接觸，發出一種顏色的熒光；當涂層損傷部位到達金屬基底時，金屬有機框架材料與基底腐蝕產生的金屬離子反應，發出另一種顏色的熒光。根據涂層熒光顏色的不同可以同時監測涂層損傷與金屬腐蝕部位，從而指示涂層損傷并預警金屬腐蝕的發生。

技術領域

本發明屬于防腐涂層材料領域，更具體地，涉及一種損傷感知腐蝕預警智能涂層材料及其應用，尤其涉及一種基于金屬有機框架材料作為填料的損傷感知腐蝕預警智能涂層及其應用，特別涉及一種基于金屬離子熒光響應性金屬有機框架材料作為填料的損傷感知腐蝕預警智能涂層及其應用。

背景技術

金屬具有優良的力學性能，在航空航天等工業領域得到了廣泛的應用。但是，隨之帶來的腐蝕問題也引起了人們的廣泛關注。金屬腐蝕使得金屬材料的綜合性能降低，給國民經濟帶來了巨大的損失。目前，最常見的金屬腐蝕防護策略之一是利用表面涂層技術，避免金屬基底與腐蝕介質接觸，其中環氧涂層具有較強的附著力、強度高、化學性質穩定等優點，已經成為金屬表面應用最廣泛的防腐涂層之一。然而，當涂層長期暴露于惡劣環境中，在熱循環、日光照射和腐蝕性化學物質的影響下，防腐性能也會降低，即使在很小的范圍內，涂層的損傷也不可避免地加速金屬腐蝕，但涂層下面金屬的腐蝕早期很難用肉眼觀察到，如果不及時采取措施，就會造成巨大的損失。因此，腐蝕的早期檢測具有重要的意義。

目前，已有一些檢測技術用于金屬腐蝕檢測，如：渦流檢測、超聲檢測、熱像顯示等。但這些技術僅僅停留在物理層面檢測金屬腐蝕后產生的微小缺陷。相比之下，涂層中加入具有熒光特性的指示劑得到的自預警涂層具有更大的優勢，通過熒光顏色的變化來檢測涂層損傷和金屬腐蝕部位，可以在金屬結構破壞前發出預警信號，便于及時采取措施，避免金屬進一步腐蝕。

金屬有機框架(Metal-organic frameworks，MOFs)是由有機配體和金屬離子或團簇通過配位鍵自組裝形成的具有分子內孔隙的有機-無機雜化材料。MOFs中金屬離子、有機配體、金屬-有機電荷轉移以及發光客體分子都能產生熒光，具有豐富的發光來源及能量轉移過程，這種具有熒光特性的MOFs更多地用于生物細胞或污水中目標分子/離子的檢測，目前卻很少在防腐涂層中用于涂層損傷與金屬早期腐蝕檢測。基于此，開發基于MOFs的損傷感知智能涂層用于涂層損傷與金屬早期腐蝕檢測極具現實意義。

發明內容

本發明解決了現有技術中金屬涂層無法對金屬腐蝕發出預警，提供了一種基于金屬有機框架填料的損傷感知智能涂層材料，包括具有熒光效應的金屬有機框架材料和疏水樹脂。本發明制備的損傷感知智能涂層既具有優異的防腐蝕性能，又可以根據涂層熒光顏色的不同實時監測涂層損傷與金屬腐蝕情況。

根據本發明第一方面，提供了一種基于金屬有機框架材料的涂層材料，包括具有熒光效應的金屬有機框架材料和疏水樹脂。

優選地，所述具有熒光效應的金屬有機框架材料為Zr-MOF、Tb-MOF或Zn-MOF。

優選地，所述疏水樹脂為丙烯酸樹脂、環氧樹脂或氟碳樹脂。

優選地，所述金屬有機框架材料粒徑為100nm-500nm。

優選地，所述涂層中金屬有機框架材料質量占比為0.5％-10％。

根據本發明另一方面，提供了任一所述的基于金屬有機框架材料的涂層材料用于損傷感知和/或腐蝕預警涂層的應用，根據涂層熒光顏色的不同檢測涂層損傷與金屬腐蝕部位，從而指示涂層損傷和/或預警金屬腐蝕的發生。

優選地，所述應用具體為：將所述基于金屬有機框架材料的涂層通過刮涂、旋涂或噴涂方式均勻涂覆在金屬材料表面，再進行固化。