CN110079140B - 一种智能响应自修复防腐涂层材料和制备方法 - Google Patents
一种智能响应自修复防腐涂层材料和制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110079140B CN110079140B CN201910365017.XA CN201910365017A CN110079140B CN 110079140 B CN110079140 B CN 110079140B CN 201910365017 A CN201910365017 A CN 201910365017A CN 110079140 B CN110079140 B CN 110079140B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zinc oxide
- self
- corrosion inhibitor
- coating
- coating material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 132
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 129
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 230000004044 response Effects 0.000 title claims abstract description 39
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 187
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 93
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 90
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims abstract description 86
- 239000003094 microcapsule Substances 0.000 claims abstract description 75
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000002775 capsule Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000013154 zeolitic imidazolate framework-8 Substances 0.000 claims abstract description 15
- MFLKDEMTKSVIBK-UHFFFAOYSA-N zinc;2-methylimidazol-3-ide Chemical compound [Zn+2].CC1=NC=C[N-]1.CC1=NC=C[N-]1 MFLKDEMTKSVIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 29
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 12
- 239000012265 solid product Substances 0.000 claims description 12
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 12
- 238000007792 addition Methods 0.000 claims description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical group O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N acetic acid;zinc Chemical group [Zn].CC(O)=O.CC(O)=O ZOIORXHNWRGPMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 10
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 10
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 10
- 239000004246 zinc acetate Substances 0.000 claims description 10
- 239000012964 benzotriazole Substances 0.000 claims description 9
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 8
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 8
- YSWBFLWKAIRHEI-UHFFFAOYSA-N 4,5-dimethyl-1h-imidazole Chemical compound CC=1N=CNC=1C YSWBFLWKAIRHEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000013110 organic ligand Substances 0.000 claims description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 claims description 6
- 150000003384 small molecules Chemical group 0.000 claims description 5
- ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N triethylene glycol Chemical group OCCOCCOCCO ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 claims description 3
- CYTYCFOTNPOANT-UHFFFAOYSA-N Perchloroethylene Chemical group ClC(Cl)=C(Cl)Cl CYTYCFOTNPOANT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 3
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 claims description 3
- 125000003354 benzotriazolyl group Chemical group N1N=NC2=C1C=CC=C2* 0.000 claims description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 3
- 229920013716 polyethylene resin Polymers 0.000 claims description 3
- 229920005749 polyurethane resin Polymers 0.000 claims description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 3
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 21
- 230000006870 function Effects 0.000 abstract description 15
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 abstract description 11
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 44
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 29
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- QRUDEWIWKLJBPS-UHFFFAOYSA-N benzotriazole Chemical compound C1=CC=C2N[N][N]C2=C1 QRUDEWIWKLJBPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 6
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 6
- 238000013268 sustained release Methods 0.000 description 6
- 239000012730 sustained-release form Substances 0.000 description 6
- 230000004224 protection Effects 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 4
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- YXIWHUQXZSMYRE-UHFFFAOYSA-N 1,3-benzothiazole-2-thiol Chemical compound C1=CC=C2SC(S)=NC2=C1 YXIWHUQXZSMYRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- CMGDVUCDZOBDNL-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-2h-benzotriazole Chemical compound CC1=CC=CC2=NNN=C12 CMGDVUCDZOBDNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N Diethylenetriamine Chemical compound NCCNCCN RPNUMPOLZDHAAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001732 Lignosulfonate Polymers 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 230000006750 UV protection Effects 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000000627 alternating current impedance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000004210 cathodic protection Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000001566 impedance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 1
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 description 1
- 150000002513 isocyanates Chemical class 0.000 description 1
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 1
- 235000019357 lignosulphonate Nutrition 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000012621 metal-organic framework Substances 0.000 description 1
- 239000005055 methyl trichlorosilane Substances 0.000 description 1
- JLUFWMXJHAVVNN-UHFFFAOYSA-N methyltrichlorosilane Chemical compound C[Si](Cl)(Cl)Cl JLUFWMXJHAVVNN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 235000015112 vegetable and seed oil Nutrition 0.000 description 1
- 239000008158 vegetable oil Substances 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D163/00—Coating compositions based on epoxy resins; Coating compositions based on derivatives of epoxy resins
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
- C09D5/08—Anti-corrosive paints
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
- Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种智能响应自修复防腐涂层材料和制备方法。该涂层材料包括氧化锌微胶囊和涂层基体;氧化锌微胶囊包括囊芯和囊芯载体,囊芯为缓蚀剂,囊芯载体为多孔氧化锌;在囊芯载体外表面具有ZIF‑8膜。多孔无机材料ZnO保证了缓蚀剂的活性,同时ZnO表面生成的ZIF‑8膜不仅可以提高结合性能,还可作为封孔物质,防止缓蚀剂过早释放。本发明成功构建了具有pH响应和自修复双重功效的防腐涂层材料,当涂层产生裂纹时,微胶囊会破裂并释放出缓蚀剂,能够实现自修复功能;当涂层无明显破损,而内部腐蚀已然发生时,根据腐蚀位点周围pH的变化,微胶囊可降解自动释放出缓蚀剂,实现自修复功能。
Description
技术领域
本发明属于自修复防腐涂料技术领域。更具体地,涉及一种智能响应自修复防腐涂层材料和制备方法。
背景技术
金属材料因其优异的物理化学性能在军工、民用、深海、石油以及人们的日常生活等方面得到广泛应用。然而金属在铸造过程中存在缺陷,在使用过程中,存在外力、腐蚀介质等因素,金属材料不可避免的受到破坏,如断裂、腐蚀和磨损。且在热力学方面,金属的腐蚀是吉布斯自由能降低的过程,是一个自发过程,导致金属更趋向于腐蚀。金属的腐蚀一般通过两种途径进行:金属表面与腐蚀介质直接发生化学反应而引起的化学腐蚀;金属材料与电解质溶液接触,通过电极反应反生的电化学腐蚀。在实际生活中,尤其是在海洋环境下,金属腐蚀主要以电化学腐蚀为主。
防止金属的腐蚀有很多种方法,如电化学保护,开发新型耐腐蚀材料,缓蚀剂保护,涂层保护等,其中有机涂层的使用最为广泛,其成本占总防腐蚀支出的三分之二,是最有效、最经济的方法。有机涂层主要使基体与外部腐蚀介质隔离,抑制腐蚀的阴阳极反应,从而阻止腐蚀电化学的发生。然而涂层在使用及服役过程中因受到各种外界侵害不可避免的出现微损伤和微裂纹,且这种微损伤很难通过目视检测,如果没有及时有效修补这些涂层,腐蚀介质就会由缺陷处到达金属基体发生腐蚀。目前涂层主要通过人工修补或更换来修复,但是此过程工艺繁琐,造价昂贵。受自然界生物体受到损伤后的自愈合功能启发,科学家们研发了智能材料,使涂层具有自行修复破损的作用。
自修复防腐涂层材料,即涂层遭到破坏后具有自修复功能,或在一定条件下具有自修复功能的涂层材料。自修复功能引入到防腐涂层中,制备一种能自如的将化学防腐与物理被动防腐结合在一起的涂层,在外界环境中可反复进行自我损伤修补,成为一种能够长期稳定使用的智能防腐涂层,是未来防腐涂层领域追求目标。行业研究者正在对这类涂层材料进行细致研究,许多具有自修复功能的涂层材料得到应用,同时提出了一系列自修复机理和自修复模型。在涂层中添加包覆了修复剂的微胶囊、微球或纤维管,当涂层破损时,释放的修复剂通过物理或化学作用抑制腐蚀电化学的持续发生的自主型自修复涂层。
通过设计特定的结构,在涂层受到损伤时,通过物质和能量的释放,发生相应的反应,凭借涂层的屏蔽作用、钝化作用、阴极保护作用、缓蚀作用等,涂层在破坏后得以自我修复,可以提高防腐涂料生命周期。微胶囊自修复技术将自修复微胶囊埋植于基体中,当涂层完好无损时,修复剂不释放;当基体产生微裂纹及划伤或内部发生其他反应时,埋植于基体内部的微胶囊根据其性质破裂,释放出芯材(修复剂及催化剂),在虹吸作用下芯材充满裂纹处发生反应完成自修复过程,延缓腐蚀。常见修复剂如植物油(CN102719184 A)、环氧树脂(CN 104624132 A、CN 106215826 A、CN 102604469 A、CN 106118367 A)、异氨酸酯类衍生物(CN 102702838A)。中国专利文献CN 107474615 A,公开了一种防腐自修复涂料及其制备方法,按质量百分比含有自修复组分5%~10%,所述自修复涂料为含有防锈填料的涂料;所述自修复组分可以为负载缓释剂的微球,缓蚀剂负载量为微球质量的10%~30%;所制备的防腐自修复涂料,在涂层腐蚀受损时,自动释放缓蚀剂分子,阻隔金属与腐蚀介质接触,从而达到防止腐蚀进一步加深的效果。但是,目前大部分微胶囊无机载体与涂层的结合力差,造成涂层加速渗水,且导致囊芯的过早释放。而有机微胶囊体系中制备的微胶囊颗粒尺寸较大,自修复效果不理想;另外,传统有机微胶囊制备方法中,囊芯活性物质容易与有机试剂反应,造成囊芯物质失活,对钢材无缓蚀作用。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷和不足,提供一种具有pH响应和自修复双重功效的智能响应自修复防腐涂层材料。
本发明的第二个目的是提供上述智能响应自修复防腐涂层材料的制备方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现:
一种智能响应自修复防腐涂层材料,包括氧化锌微胶囊和涂层基体;所述氧化锌微胶囊包括囊芯和囊芯载体,所述囊芯为缓蚀剂,所述囊芯载体为多孔氧化锌;在囊芯载体外表面具有ZIF-8膜。
本发明成功构建了具有pH响应和自修复双重功效的防腐涂层材料。氧化锌微胶囊通过采用多孔无机材料ZnO作为囊芯载体来封装囊芯,在很大程度上保证了囊芯物质的活性。同时,囊芯载体多孔无机材料ZnO表面生成的ZIF-8膜可大大提高囊芯载体与涂层基体直接接触的结合性能,使涂层材料的防腐性能得到进一步提高。另外,多孔无机材料ZnO表面生成的ZIF-8膜还可作为封孔物质,防止囊芯物质(缓蚀剂)的过早释放。而且,本发明的囊芯载体多孔无机材料ZnO和多孔无机材料ZnO表面生成的ZIF-8膜,在酸性物质中不稳定,均可发生分解,从而使得本发明所述氧化锌微胶囊具有pH响应特性。当涂层产生裂纹时,氧化锌微胶囊会随着裂纹的产生而破裂,并释放出囊芯物质,能够实现自修复功能;当涂层无明显破损,而内部腐蚀已然发生时,腐蚀位点周围pH减小,氧化锌微胶囊可自行降解,自动释放出囊芯物质(缓蚀剂),实现自修复功能。
进一步地,在本发明较佳的实施例中,所述氧化锌微胶囊的添加量为涂层基体的1%~10%。如果氧化锌微胶囊的添加量过高,会造成氧化锌微胶囊在涂层中的分散性较差,发生团聚使涂层的防腐性能降低,而氧化锌微胶囊含量过低,所含的缓蚀剂就少,导致涂层的修复性能降低。氧化锌微胶囊的添加量为涂层基体的1%~10%时,氧化锌微胶囊在涂层中的分散性较好,同时缓蚀剂的含量适宜,能够充分保证涂层的修复性能。
更进一步地,在本发明较佳的实施例中,所述氧化锌微胶囊的添加量为涂层基体的2%~6.7%。
进一步地,在本发明较佳的实施例中,所述氧化锌微胶囊的粒径为200~300nm。本发明氧化锌微胶囊的尺寸较小,自修复效果更佳。
进一步地,在本发明较佳的实施例中,所述氧化锌微胶囊的制备方法,包括以下步骤:
S1.将可溶性锌盐加入碱性氢氧化物溶液中,在剧烈搅拌下加热至160~180℃并恒温30~50min,冷却至室温后,离心洗涤并收集固体产物,得到多孔氧化锌纳米粉末;
S2.将上述多孔氧化锌纳米粉末均匀分散在溶剂中,得到溶液A;将缓蚀剂溶解于溶剂中,得到溶液B;将溶液A和溶液B混合并低速搅拌3~5h;再加入有机配体溶液反应30~50min,在多孔氧化锌表面生成ZIF-8膜以封装缓蚀剂;离心洗涤,收集固体产物置于60~80℃条件下干燥,即可得到氧化锌微胶囊。
更进一步地,在本发明较佳的实施例中,步骤S1中,所述可溶性锌盐为醋酸锌;所述可溶性锌盐物质的量浓度为3~5mM;所述剧烈搅拌的条件为700~1200rpm/min;所述碱性氢氧化物选自三乙二醇和\或聚乙二醇。
更进一步地,在本发明较佳的实施例中,步骤S2中,所述有机配体为二甲基咪唑;所述有机配体的质量浓度为2~6mg/mL;所述低速搅拌的条件为300~600rpm/min。
更进一步地,在本发明较佳的实施例中,步骤S2,溶液A中,多孔氧化锌的质量浓度为20~25mg/mL;溶液B中,缓蚀剂的质量浓度为15~20mg/mL。
更进一步地,在本发明较佳的实施例中,步骤S2中,所述溶剂为水相溶剂,所述水相溶剂优选为去离子水。
更进一步地,在本发明较佳的实施例中,所述缓蚀剂为小分子缓蚀剂,所述小分子缓蚀剂优选为苯并三氮唑。
本发明还涉及上述智能响应自修复防腐涂层材料的制备方法,将氧化锌微胶囊、固化剂和涂层基体混合,500~1000w超声分散30~50min;其中,所述固化剂和涂层基体的质量比为1:1~3。
进一步地,在本发明较佳的实施例中,所述涂层基体为油性基体;所述油性基体选自环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、过氯乙烯树脂或聚乙烯树脂中的一种或几种。
进一步地,在本发明较佳的实施例中,所述固化剂为聚酰胺。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明成功构建了具有pH响应和自修复双重功效的防腐涂层材料。氧化锌微胶囊通过采用多孔无机材料ZnO作为囊芯载体来封装囊芯,在很大程度上保证了囊芯物质的活性。同时,囊芯载体多孔无机材料ZnO表面生成的ZIF-8膜改善了微胶囊在涂层中的分散性,可大大提高囊芯载体与涂层基体直接接触的结合性能,使涂层材料的防腐性能得到进一步提高。
(2)另外,本发明囊芯载体多孔无机材料ZnO表面生成的ZIF-8膜还可作为封孔物质,防止囊芯物质(缓蚀剂)的过早释放。而且,本发明的囊芯载体多孔无机材料ZnO和多孔无机材料ZnO表面生成的ZIF-8膜,在酸性物质中不稳定,均可发生分解,从而使得本发明所述氧化锌微胶囊具有pH响应特性。
(3)本发明的氧化锌微胶囊能在涂层基体中能均匀分散,在保证涂层材料的结合力、耐冲击能力、盐雾性能和耐紫外性能的前提下,当涂层材料产生裂纹时,氧化锌微胶囊会随着裂纹的产生而破裂,并释放出囊芯物质,能够实现自修复功能;当涂层无明显破损,而内部腐蚀已然发生时,腐蚀位点周围pH降低,氧化锌微胶囊可自行降解,自动释放出囊芯物质(缓蚀剂),实现自修复功能。
(4)本发明的智能响应自修复防腐涂层材料实现了对涂层的自修复,无需人为干涉就可以对涂层中产生的微裂纹、涂层内部腐蚀等损伤进行修复,克服了现有技术涂层内部腐蚀和微裂纹的检测和修复困难,经济成本过大的不足,而且使用范围广,施工简单,成本低,可与多种涂层基体材料有效结合,具有良好的应用前景和广阔的发展空间。
附图说明
图1是本发明智能响应自修复防腐涂层材料在不同pH条件下的响应性能。
图2是本发明智能响应自修复防腐涂层材料的自修复性能。
图3是氧化锌微胶囊的扫描电镜图和透射电镜图;其中,图3(a)为不含缓释剂的氧化锌微胶囊ZnO@ZIF-8(不含缓释剂)的扫描电镜图,图3(b)为含缓蚀剂的氧化锌微胶囊ZnO-BTA@ZIF-8(含缓释剂)的扫描电镜图,图3(c)为不含缓释剂的氧化锌微胶囊ZnO@ZIF-8(不含缓蚀剂)的透射电镜图,图3(d)为含缓释剂的氧化锌微胶囊ZnO-BTA@ZIF-8(含缓蚀剂)的透射电镜图;缓蚀剂为苯并三氮唑(BTA)。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明,但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明,本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明,以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1
一种智能响应自修复防腐涂层材料的制备方法,包括以下步骤:
S1.将醋酸锌加入三乙二醇溶液中,醋酸锌物质的量浓度为3mM;在剧烈搅拌下加热至160并恒温30min,冷却至室温后,离心洗涤并收集固体产物,得到多孔氧化锌纳米粉末;
S2.将上述多孔氧化锌纳米粉末均匀分散在去离子水中,得到溶液A,溶液A中多孔氧化锌的质量浓度为25mg/mL;将缓蚀剂苯并三氮唑溶解于去离子水中,得到溶液B,溶液B中缓蚀剂的质量浓度为16mg/mL;将溶液A和溶液B混合并低速搅拌5h;再加入2mg/mL的二甲基咪唑溶液反应30min,在多孔氧化锌表面生成ZIF-8膜以封装缓蚀剂;离心洗涤,收集固体产物置于60℃条件下干燥,即可得到氧化锌微胶囊;该氧化锌微胶囊的粒径为200~300nm;
S3.将氧化锌微胶囊、固化剂聚酰胺和涂层基体环氧树脂混合,1000rpm/min下搅拌1h,再500w超声分散30min,即可得到具有pH响应和自修复双重功效的智能响应自修复防腐涂层材料;其中,固化剂和涂层基体的质量比为1:1,氧化锌微胶囊的添加量为涂层基体的2%。
实施例2
一种智能响应自修复防腐涂层材料的制备方法,包括以下步骤:
S1.将醋酸锌加入三乙二醇溶液中,醋酸锌物质的量浓度为3mM;在剧烈搅拌下加热至160并恒温30min,冷却至室温后,离心洗涤并收集固体产物,得到多孔氧化锌纳米粉末;
S2.将上述多孔氧化锌纳米粉末均匀分散在去离子水中,得到溶液A,溶液A中多孔氧化锌的质量浓度为20mg/mL;将缓蚀剂苯并三氮唑溶解于去离子水中,得到溶液B,溶液B中缓蚀剂的质量浓度为16mg/mL;将溶液A和溶液B混合并低速搅拌5h;再加入2mg/mL的二甲基咪唑溶液反应30min,在多孔氧化锌表面生成ZIF-8膜以封装缓蚀剂;离心洗涤,收集固体产物置于60℃条件下干燥,即可得到氧化锌微胶囊;该氧化锌微胶囊的粒径为200~300nm;
S3.将氧化锌微胶囊、固化剂聚酰胺和涂层基体环氧树脂混合,再1000rpm/min下搅拌1h,500w超声分散30min,即可得到具有pH响应和自修复双重功效的智能响应自修复防腐涂层材料;其中,固化剂和涂层基体的质量比为1:1,氧化锌微胶囊的添加量为涂层基体的6.7%。
实施例3
一种智能响应自修复防腐涂层材料的制备方法,包括以下步骤:
S1.将醋酸锌加入三乙二醇溶液中,醋酸锌物质的量浓度为5mM;在剧烈搅拌下加热至180℃并恒温50min,冷却至室温后,离心洗涤并收集固体产物,得到多孔氧化锌纳米粉末;
S2.将上述多孔氧化锌纳米粉末均匀分散在去离子水中,得到溶液A,溶液A中多孔氧化锌的质量浓度为20mg/mL;将缓蚀剂苯并三氮唑溶解于去离子水中,得到溶液B,溶液B中缓蚀剂的质量浓度为20mg/mL;将溶液A和溶液B混合并低速搅拌3h;再加入6mg/mL的二甲基咪唑溶液反应50min,在多孔氧化锌表面生成ZIF-8膜以封装缓蚀剂;离心洗涤,收集固体产物置于80℃条件下干燥,即可得到氧化锌微胶囊;该氧化锌微胶囊的粒径为200~300nm;
S3.将氧化锌微胶囊、固化剂聚酰胺和涂层基体环氧树脂混合,1000rpm/min下搅拌1h,再1000w超声分散50min,即可得到具有pH响应和自修复双重功效的智能响应自修复防腐涂层材料;其中,固化剂和涂层基体的质量比为1:3,氧化锌微胶囊的添加量为涂层基体的10%。
实施例4
一种智能响应自修复防腐涂层材料的制备方法,包括以下步骤:
S1.将醋酸锌加入聚乙二醇溶液中,醋酸锌物质的量浓度为4mM;在剧烈搅拌下加热至170℃并恒温40min,冷却至室温后,离心洗涤并收集固体产物,得到多孔氧化锌纳米粉末;
S2.将上述多孔氧化锌纳米粉末均匀分散在去离子水中,得到溶液A,溶液A中多孔氧化锌的质量浓度为23mg/mL;将缓蚀剂苯并三氮唑溶解于去离子水中,得到溶液B,溶液B中缓蚀剂的质量浓度为15mg/mL;将溶液A和溶液B混合并低速搅拌4h;再加入4mg/mL的二甲基咪唑溶液反应40min,在多孔氧化锌表面生成ZIF-8膜以封装缓蚀剂;离心洗涤,收集固体产物置于75℃条件下干燥,即可得到氧化锌微胶囊;该氧化锌微胶囊的粒径为200~300nm;
S3.将氧化锌微胶囊、固化剂聚酰胺和涂层基体环氧树脂混合,1000rpm/min下搅拌1h,再750w超声分散40min,即可得到具有pH响应和自修复双重功效的智能响应自修复防腐涂层材料;其中,固化剂和涂层基体的质量比为1:2,氧化锌微胶囊的添加量为涂层基体的1%。
实施例5性质检测
对本发明上述实施例制备得到的智能响应自修复防腐涂层材料进行下述性质检测:
1、不同pH缓蚀剂释放曲线
(1)阻抗谱是评估涂层防腐性能常用的一种手段,图1与图2是借助电化学阻抗谱法测试的结果。电化学阻抗法是给测试体系小振幅的正弦波扰动信号,不会使测量体系在测试过程中发生大的改变,且能够得到不同频率下得到涂层电容、涂层电阻、双电层电容、极化电阻等与涂层破坏有关的参数。
低频(0.01Hz)最接近实际情况,通常以此频率下的值预估防腐性能,用含有微胶囊的溶液在0.01Hz的数值与不含微胶囊的溶液在0.01Hz的数值之比作为缓蚀剂的释放量。
(2)图1是溶液pH值分别为7、6、5、4时,缓蚀剂的释放量与时间的关系,从图1中可以看出,溶液酸性越强,比值越大,说明氧化锌微胶囊中缓蚀剂的释放量越大,表明氧化锌微胶囊具有良好的pH响应性能。
2、自修复防腐性能测试
(1)利用电化学交流阻抗谱技术,测试上述实施例1~2制得的智能响应自修复防腐涂层材料表面出现裂纹后的自修复防腐性能。其中,当涂层出现裂纹时,涂层材料的防腐性能降低,阻抗值变小,从而利用涂层材料阻抗值的大小可以评价涂层材料的自修复防腐性能,阻抗值越大,自修复防腐性能越好。
(2)由图2可知,与单独的环氧树脂涂层相比,实施例1与实施例2涂层材料的电阻较大,说明实施例1与实施例2涂层材料的防腐性能明显提高。结果表明,本发明智能响应自修复防腐涂层材料的防腐性能明显提高,而且具有良好的自修复防腐性能。
3、粒径与表征
本发明实施例1~4制得的氧化锌微胶囊的粒径集中在200~300nm,粒径较小,且粒径分布均一稳定,有利于缓蚀剂的自动释放,提高修复效果。
从图3(a)和图3(b)可知,制备得到的ZnO@ZIF-8和ZnO-BTA@ZIF-8微胶囊都呈球形。未封装缓蚀剂的微球表面较光滑,而封装了缓蚀剂的ZnO-BTA@ZIF-8微球表面更为粗糙。通过对照图的图3(c)和图3(d)可知,在包封缓蚀剂之后,ZnO-BTA@ZIF-8微球具有更为明显的核壳结构。可能因为氧化锌不仅孔内有缓蚀剂,在其表面也有缓蚀剂的附着,有机配体二甲基咪唑与氧化锌配位时受表面分子的影响,破坏了配体原本的结构,形成分层的MOFs结构,故表面更为粗糙,且具有更明显的核壳结构。
综合以上结果说明,本发明成功构建了具有pH响应和自修复双重功效的防腐涂层材料,当涂层产生裂纹时,微胶囊会破裂并释放出缓蚀剂,能够实现自修复功能;当涂层无明显破损,而内部腐蚀已然发生时,根据腐蚀位点周围pH的变化,微胶囊可降解自动释放出缓蚀剂,实现自修复功能。
上述实施例中,所述缓蚀剂除可以选择苯并三氮唑外,也可以选择磺化木质素、巯基苯并噻唑或甲基苯并三唑等小分子缓蚀剂。所述固化剂除可以选择聚酰胺外,也可以选择异氰酸酯、二乙烯三胺、丁醇或甲基三氯硅烷等固化剂。所述涂层基体除可以选择环氧树脂外,也可以选择聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、过氯乙烯树脂或聚乙烯树脂等油性基体。发明人经过实验发现,上述的几种固化剂和油性基体具有可接受的效果,而选择其他的固化剂和油性基体则不如前者,聚酰胺和环氧树脂制备的涂层对氧化锌微胶囊包裹性较佳,并且与氧化锌微胶囊具有更好的结合性。
以上具体实施方式为便于理解本发明而说明的较佳实施例,但本发明并不局限于上述实施例,即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (8)
1.一种智能响应自修复防腐涂层材料,其特征在于,包括氧化锌微胶囊和涂层基体;所述氧化锌微胶囊包括囊芯和囊芯载体,所述囊芯为缓蚀剂,所述囊芯载体为多孔氧化锌;在囊芯载体外表面具有ZIF-8膜;
所述氧化锌微胶囊的添加量为涂层基体质量的1%~10%;所述氧化锌微胶囊的粒径为200~300nm;
所述氧化锌微胶囊的制备方法,包括以下步骤:
S1.将可溶性锌盐加入碱性氢氧化物溶液中,在剧烈搅拌下加热至160~180℃并恒温30~50min,冷却至室温后,离心洗涤并收集固体产物,得到多孔氧化锌纳米粉末;
S2.将上述多孔氧化锌纳米粉末均匀分散在溶剂中,得到溶液A;将缓蚀剂溶解于溶剂中,得到溶液B;将溶液A和溶液B混合并低速搅拌3~5h;再加入有机配体溶液反应30~50min封装缓蚀剂;离心洗涤,收集固体产物置于60~80℃条件下干燥,即可得到氧化锌微胶囊;
步骤S1中,所述可溶性锌盐为醋酸锌;所述可溶性锌盐物质的量浓度为3~5mM;所述剧烈搅拌的条件为700~1200rpm/min;所述碱性氢氧化物选自三乙二醇和\或聚乙二醇;
步骤S2中,所述有机配体为二甲基咪唑;所述有机配体的质量浓度为2~6mg/mL;所述低速搅拌的条件为300~600rpm/min。
2.根据权利要求1所述的智能响应自修复防腐涂层材料,其特征在于,所述氧化锌微胶囊的添加量为涂层基体质量的2%~6.7%。
3.根据权利要求1所述的智能响应自修复防腐涂层材料,其特征在于,步骤S2,溶液A中,多孔氧化锌的质量浓度为20~25mg/mL;溶液B中,缓蚀剂的质量浓度为15~20
mg/mL;所述溶剂为水相溶剂。
4.根据权利要求3所述的智能响应自修复防腐涂层材料,其特征在于,所述水相溶剂为去离子水。
5.根据权利要求3所述的智能响应自修复防腐涂层材料,其特征在于,所述缓蚀剂为小分子缓蚀剂。
6.根据权利要求5所述的智能响应自修复防腐涂层材料,其特征在于,所述小分子缓蚀剂为苯并三氮唑。
7.权利要求1~6任一所述智能响应自修复防腐涂层材料的制备方法,其特征在于,将氧化锌微胶囊、固化剂和涂层基体混合,500~1000W超声分散30~50min;其中,所述固化剂和涂层基体的质量比为1:1~3。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述涂层基体为油性基体;所述油性基体选自环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、过氯乙烯树脂或聚乙烯树脂中的一种或几种;所述固化剂为聚酰胺。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910365017.XA CN110079140B (zh) | 2019-04-30 | 2019-04-30 | 一种智能响应自修复防腐涂层材料和制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910365017.XA CN110079140B (zh) | 2019-04-30 | 2019-04-30 | 一种智能响应自修复防腐涂层材料和制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110079140A CN110079140A (zh) | 2019-08-02 |
CN110079140B true CN110079140B (zh) | 2020-10-02 |
Family
ID=67418360
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910365017.XA Active CN110079140B (zh) | 2019-04-30 | 2019-04-30 | 一种智能响应自修复防腐涂层材料和制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110079140B (zh) |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110449094B (zh) * | 2019-08-26 | 2021-09-17 | 青岛理工大学 | 一种自修复微胶囊的制备方法及其在超疏水涂层中的应用 |
CN111042995B (zh) * | 2019-12-30 | 2020-11-24 | 浙江大学 | 一种自驱动海上风电轴承防盐雾装置 |
CN111234566B (zh) * | 2020-01-22 | 2021-04-20 | 湖南大学 | 一种酸碱双响应中空介孔二氧化硅复合纳米容器和自修复防腐蚀涂料及其制备方法 |
AU2021248261A1 (en) * | 2020-04-01 | 2022-10-06 | Petroliam Nasional Berhad (Petronas) | Self-healing material |
CN111849327B (zh) * | 2020-07-07 | 2021-08-17 | 淮阴工学院 | pH刺激响应性智能自预警自修复防腐水性涂层的制备方法 |
CN112080169B (zh) * | 2020-08-24 | 2021-12-28 | 中国科学院海洋研究所 | 一种硫离子响应型纳米容器和应用 |
CN112457696B (zh) * | 2020-10-28 | 2022-03-22 | 桂林理工大学 | 一种基于喹啉类纳米金属-有机框架材料的自修复涂层及其制备方法 |
CN112266530A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-01-26 | 苏州特聚新材料科技有限公司 | 一种防锈薄膜及其制备方法 |
CN112266515A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-01-26 | 苏州特聚新材料科技有限公司 | 一种复合防锈薄膜 |
CN113463397B (zh) * | 2021-07-27 | 2022-04-08 | 哈尔滨工业大学 | 一种自修复环氧树脂及自修复环氧树脂/碳纤维复合材料的制备方法 |
CN114133836B (zh) * | 2021-11-08 | 2023-04-28 | 国家石油天然气管网集团有限公司 | 一种微胶囊型自修复熔结环氧涂层及其制备方法 |
CN115353763B (zh) * | 2022-08-22 | 2023-11-14 | 浙江大学温州研究院 | 一种缓蚀剂负载bta@zif-8/bn-oh复合粉体的制备方法 |
CN115960408A (zh) * | 2022-12-21 | 2023-04-14 | 青岛鑫盈鑫包装材料有限公司 | 多功能环保型气相防锈母粒及其制备方法和应用 |
CN115836711A (zh) * | 2022-12-27 | 2023-03-24 | 四川品信饲料有限公司 | 一种粉粒混合型乳猪教槽饲料及其制备方法 |
CN116285461B (zh) * | 2023-02-27 | 2024-04-12 | 中海油常州涂料化工研究院有限公司 | 一种光热、pH响应的自修复防腐涂层及其制备方法和应用 |
CN117229688B (zh) * | 2023-09-05 | 2024-03-22 | 嘉丰盛精密电子科技(孝感)有限公司 | 一种车辆自修复材料的涂层及制备方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101215407B (zh) * | 2008-01-18 | 2011-02-09 | 中山大学 | 一种高温自修复型纤维增强环氧复合材料及其制备方法 |
CN108795129B (zh) * | 2018-06-25 | 2020-05-05 | 陕西科技大学 | 一种聚丙烯酸酯/苯并三氮唑@氧化锌微胶囊复合防腐涂层的制备方法 |
-
2019
- 2019-04-30 CN CN201910365017.XA patent/CN110079140B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110079140A (zh) | 2019-08-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110079140B (zh) | 一种智能响应自修复防腐涂层材料和制备方法 | |
CN110105843B (zh) | 一种刺激响应型自修复防腐涂层材料和制备方法 | |
Liu et al. | Self-healing corrosion protective coatings based on micro/nanocarriers: A review | |
Amin et al. | Polyacrylic acid as a corrosion inhibitor for aluminium in weakly alkaline solutions. Part I: Weight loss, polarization, impedance EFM and EDX studies | |
Chen et al. | Corrosion protection of 304 stainless steel from a smart conducting polypyrrole coating doped with pH-sensitive molybdate-loaded TiO2 nanocontainers | |
Stankiewicz et al. | Self-healing coatings in anti-corrosion applications | |
Shi et al. | Sub-micrometer mesoporous silica containers for active protective coatings on AA 2024-T3 | |
Huang et al. | Saline-responsive triple-action self-healing coating for intelligent corrosion control | |
Ji et al. | Developing wide pH-responsive, self-healing, and anti-corrosion epoxy composite coatings based on encapsulating oleic acid/2-mercaptobenzimidazole corrosion inhibitors in chitosan/poly (vinyl alcohol) core-shell nanofibers | |
CN107474615B (zh) | 一种防腐自修复涂料 | |
CN111234566B (zh) | 一种酸碱双响应中空介孔二氧化硅复合纳米容器和自修复防腐蚀涂料及其制备方法 | |
WO2019029172A1 (zh) | 具备自修复能力的防腐涂层及其制备方法和应用 | |
Mahmoudian et al. | Preparation and investigation of hybrid self-healing coatings containing linseed oil loaded nanocapsules, potassium ethyl xanthate and benzotriazole on copper surface | |
CN104927583A (zh) | 可自动修复智能防腐涂层的制备方法及应用 | |
Williams et al. | Dopant effects in polyaniline inhibition of corrosion-driven organic coating cathodic delamination on iron | |
Wang et al. | Corrosion-sensing and self-healing dual-function coating based on 1, 10-phenanthroline loaded urea formaldehyde microcapsules for carbon steel protection | |
Yabuki et al. | Effective release of corrosion inhibitor by cellulose nanofibers and zeolite particles in self-healing coatings for corrosion protection | |
El-Shazly et al. | Improving the corrosion resistance of buried steel by using polyaniline coating | |
Cao et al. | Novel long-acting smart anticorrosion coating based on pH-controlled release polyaniline hollow microspheres encapsulating inhibitor | |
Ren et al. | A self-healing epoxy composite coating based on pH-responsive PCN-222 smart containers for long-term anticorrosion of aluminum alloy | |
CN114410209B (zh) | 一种双重自修复水性聚氨酯防腐涂层的制备方法 | |
CN114634746B (zh) | 荧光自示警和缓蚀自修复纳米防腐涂层及制备方法 | |
Ghomi et al. | Synthesis of TiO2 nanogel composite for highly efficient self-healing epoxy coating | |
Bi et al. | Multifunctional self-healing coatings with orderly distributed microcapsules aligned by magnetic field | |
Li et al. | Preparation of intelligent corrosion resistant coatings based on pH-responsive silica nanocontainers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |