纳米纤维基双重自修复防腐蚀涂层的设计制备及其性能研究

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金属腐蚀是一种普遍存在的破坏性自然现象,不仅造成巨大的经济损失,还带来严重的社会安全隐患。智能自修复防腐蚀涂层自动感知腐蚀破坏,主动抑制腐蚀活动或在最小的外部干预下自发修复涂层缺损,可有效延长金属材料使用寿命,拓展其应用范围。基于不同的修复机制,自修复防腐蚀体系可分为缓蚀剂基自修复和涂层本体自修复两大类,分别通过主动抑制金属基底腐蚀活动和修复涂层本体缺陷发挥防腐蚀效力。然而,缓蚀剂基自修复策略中缓蚀剂负载量有限,且形成的防护层易遭受腐蚀环境破坏,因此,无法实现大面积的自修复和长期的腐蚀防护效果。对于涂层本体修复技术,修护过程较为缓慢且修复行为有时需外力触发,难以克服早期腐蚀问题,严重阻碍相关技术进步及其产业化应用。基于此,本文利用静电纺丝技术制得负载缓蚀剂的双功能纳米纤维,将主动防腐蚀功能和涂层本体自修复性能巧妙结合,赋予涂层双重自修复防腐蚀效果,从短期的即时腐蚀抑制和长期的被动阻隔屏蔽两方面协同增强涂层防腐蚀效力,主要研究工作如下:1.设计并制备了一种兼备主动防腐蚀和自修复能力的纳米纤维复合涂层。负载缓蚀剂纳米粒子(HNTs-MBT)的聚己内酯(PCL)纳米纤维通过静电纺丝技术沉积于金属基底表面,形成纤维网络框架并渗透环氧防护层。缓蚀剂2-巯基苯并噻唑(MBT)以p H响应方式释放,及时抑制早期金属腐蚀活动。同时,PCL纳米纤维经热处理后液化流动,高效修复涂层本体缺陷,恢复其被动阻隔性能。此外,PCL纳米纤维具有相互交联的内部结构,可将愈合剂从富集区连续输送至匮乏区,具有多次自修复能力,即使经过3次损伤修复循环,涂层仍保持良好的防腐蚀性能。缓蚀剂MBT与PCL纳米纤维分别通过形成富集于金属表面的主动防护膜和修复被动屏蔽作用,实现双重自修复行为,协同强化涂层防腐蚀效力,在长期腐蚀防护应用中具有广泛的应用前景。2.利用氧化石墨烯(GO)、缓释剂8-羟基喹啉(8HQ)和PCL纳米纤维制备了具有腐蚀自感知,近红外光精准调控自修复性能的防腐蚀复合涂层。GO赋予涂层基体稳定、高效的光热转换能力。金属基底腐蚀引发的微环境p H变化可自动触发8HQ在腐蚀微区的可控释放,并在该体系中发挥双重作用:(1)作为缓蚀剂及时抑制金属腐蚀活动;(2)作为腐蚀感应分子与腐蚀产生的金属离子配位后有明显的荧光增强效果,自动警示早期金属腐蚀现象。在8HQ腐蚀自预警性能协助下,利用远程近红外光可精准定位腐蚀位点,实现局部区域精准自修复行为的调控。光热感应涂层本体在NIR辐射下迅速升温,液化PCL纤维,短时间内(5min)内即可实现涂层本体的快速自修复。该自修复体系集腐蚀自报告-精准定位-双重自修复多功能于一体,可对腐蚀区域实施及时、精准的自修复处理,为新一代智能防腐蚀体系的开发与应用提供了新的思路。
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