有效的防腐策略可以通过延缓腐蚀过程和延长材料使用寿命来降低与腐蚀相关的成本。为解决这一问题,人们大力开发了聚合物涂层,作为金属基材与腐蚀环境之间的防护屏障,这些涂层具有成本效益高、通用性强和易获取的特点。其中,环氧树脂基涂层因其强大的附着力和优异的耐化学性而被广泛用于商业金属防腐,它们可以分别阻止腐蚀介质的渗透并确保有效的稳定性。然而,环氧树脂涂层的长期防护性能受到聚合物链密度低和因柔韧性差而产生的微裂纹的限制,这些因素使得腐蚀介质能够渗透到涂层/金属界面。此外,由外部机械损伤引起的局部腐蚀会削弱整个防护系统的性能,并可能迅扩展至整个基材,从而导致结构失效。功能填料是提高环氧树脂涂层防腐性能的一种广泛应用的方法,它可以延长腐蚀介质向界面扩散的路径,同时作为缓蚀剂的载体。由于对pH值、热量和光具有优异的响应性,可以实现缓蚀剂的可控释放行为,从而通过逐渐释放功能填料中负载的缓蚀剂来提高环氧树脂涂层的防腐性能。
金属有机框架(MOFs)作为一种新型杂化材料,由金属离子和有机配体通过配位相互作用构成,因其成分可调且比表面积大,在防腐领域引起了极大的关注。通过调节MOFs的组成,金属离子无机缓蚀剂(如锌、铈和镧)可作为防腐“自牺牲相”来减缓腐蚀过程。例如,ZIF-8纳米颗粒含有无机环保缓蚀剂葡萄糖酸锌,将其添加到环氧树脂基体中,可使复合涂层表现出优异的防腐性能。此外,以均苯三甲酸为有机连接体,在氧化石墨烯(GO)表面原位生长出铈基MOFs,将其添加到树脂中后,屏障性能和主动防护性能显著增强。此外,MOFs的大表面积提供了丰富的活性位点,可与不同化合物发生反应。特别是多孔纳米材料越来越多地被用作纳米容器,以装载缓蚀剂来制备防腐涂层。利用其高孔隙率,可以将咪唑和噻吩等小分子有机缓蚀剂封装在MOFs中,通过调节缓蚀剂的响应性释放,实现涂层的主动防腐性能。然而,当仅在聚合物基质中引入一种缓蚀剂时,防腐性能有限,这主要是受限于单一的作用机制和狭窄的有效条件。
近期,西北工业大学刘建喜/王显宗团队、西安航天动力研究所李东升团队通过将无机和有机缓蚀剂协同结合,成功制备了一种具有长期防腐性能的复合环氧涂层。
通过将无机缓蚀剂Ce4+与部分分散剂置换策略相结合,制得UiO-67-Ce纳米颗粒,然后将有机缓蚀剂苯并三氮唑(BTA)负载到在其纳米孔中,通过喷涂法将双功能抑制剂进一步分散到环氧树脂基质中,获得UiO-67-Ce@BTA/环氧涂层。 所制得的涂层具有高缓蚀效率(99.95%)和长期防腐性能(两周后低频阻抗模量仍大于1010Ω·cm2)。该涂层在局部腐蚀环境中表现出优异的防腐性能,延长其使用寿命。因此,本研究以UiO-67-Ce@BTA为功能纳米填料的有机-无机协同防腐策略,为防腐提供了一种有前景的策略,有望为海上风电、化学品储存和运输系统等关键基础设施带来变革性的前景。 防腐机理示意图 防腐机理示意图。 数据来源与出处 相关研究成果以“Bifunctional inhibitors of benzotriazole-loaded Ce-MOFs advanced anti-corrosion of epoxy coating”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。
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