[发明专利]一种防止铜及铜合金腐蚀的智能纳米容器、其制备及应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及防止铜及铜合金腐蚀的智能纳米容器、其制备及应用方法，该智能纳米容器适用于防止铜及铜合金的腐蚀，属于腐蚀防护技术领域。

背景技术

铜及铜合金由于其高导电性、高导热性、低热膨胀系数和良好的耐蚀性而广泛地应用于电气、电子、机械、交通等工业领域。尽管铜及铜合金是比较惰性的金属，但是在恶劣环境下，如海水、酸洗液或者沿海大气环境等，很容易被腐蚀。

缓蚀剂是一种有效防止铜及铜合金腐蚀的方法，已经被广泛的运用，如苯并三唑及其衍生物作为铜及铜合金的缓蚀剂已经被广泛的应用。但当缓蚀剂应用到有机涂层中时，需要将其封装以减缓释放速率，延长防护寿命。纳米容器是常用的封装方式，其可以智能地控制缓蚀剂的释放，提高防腐涂层的防护效果。如Abdulayev等人(E. Abdulayev， R. Price， D. Shchukin, Y. Lvov, ACS Applied Materials and Interfaces, 2009, 1, 7, 1437-1443)用埃洛石纳米管担载缓蚀剂，并将复合纳米管添加到聚合物涂层中，成功提高了涂层的防腐效果，但是埃洛石纳米管尺寸较大，管壁较厚，且缓蚀剂的担载量较小。Shcukin等人(D. G. Shchukin, M. Zheludkevich, K. Yasakau, S. Lamaka, M. G. S. Ferreira, H. Möhwald, Advanced Materials, 2006, 18, 1672-1678)通过层层自组装技术在纳米SiO₂粒子表面沉积出担载缓蚀剂的聚电解质壳层，加入溶胶-凝胶涂层中，使涂层具有自愈合能力，但是此方法工艺复杂，且缓蚀剂的担载量很小，涂层的自愈合能力有限。发明专利[CN 104927583 A]给出了一种通过二氧化硅介孔微球制备可自动修复智能防腐涂层的方法，然而该涂层只适用于钢铁材料的腐蚀防护，而且缓蚀剂的释放需要依靠金属腐蚀产生pH变化做出响应释放，导致腐蚀防护存在一定的滞后；纳米二氧化硅微球制备过程中，去除模板剂时，需要使用浓盐酸，去除后需要反复洗涤，操作步骤比较繁琐；缓蚀剂的担载过程使用普通搅拌吸附的方法，缓蚀剂的担载量较小。

发明内容

本发明的技术任务是针对铜及其合金在苛刻环境中的腐蚀防护以及现有技术所存在的问题，提供一种防止铜及铜合金腐蚀的智能纳米容器、其制备及应用方法。通过调节制备条件，得到粒径可控的介孔纳米二氧化硅微球，并对其进行表面处理以提高其与有机涂层的相容性；通过担载与铜基体进行反应的缓蚀剂，达到既可对铜及其合金进行有效缓蚀，又可对缓蚀剂释放速率进行自动控制的目的；得到的介孔纳米二氧化硅微球担载大容量高效缓蚀剂，应用于智能自修复防腐涂层，为铜及其合金防腐处理提供新的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

1、本发明提供一种智能纳米容器，以介孔纳米二氧化硅微球为骨架，其内部担载与铜基体进行反应的缓蚀剂，对介孔纳米二氧化硅微球表面进行改性处理，形成对缓蚀剂可控释放的智能纳米容器，来防止铜及其合金的腐蚀，并延长作用期效。

所述介孔纳米二氧化硅微球的制备方法如下：

11）将模板剂、水、无水乙醇、三乙醇胺以摩尔比2~5∶100~105∶45~50∶6~10混合，磁力搅拌10~15 min，将混合液加热至80~90℃，逐滴加入一定量的正硅酸乙酯，正硅酸乙酯与混合液中水的摩尔比为5~7∶100~105，在80~90℃冷凝回流2 h以上，离心，干燥，收集纳米粒子；

12）将步骤11）所得纳米粒子在550~650℃灼烧6~8 h，分解模板剂，得到介孔纳米二氧化硅微球。

可选地，在所述介孔纳米二氧化硅微球内部担载与铜基体进行反应的缓蚀剂时，采用真空负压装载法，通过真空负压环境，排除介孔纳米二氧化硅微球介孔内的气体，将缓蚀剂装载进入内部，使得缓蚀剂的载量达40 wt%。

可选地，对介孔纳米二氧化硅微球表面进行改性处理时，先使用硅烷偶联剂对介孔纳米二氧化硅微球进行表面功能化，增加其分散性，之后将表面功能化的介孔纳米二氧化硅微球表面修饰对pH响应的分子开关。

2、本发明还提供一种智能纳米容器的制备方法，包括如下步骤：

步骤1.介孔纳米二氧化硅微球的制备