[发明专利]一种基于氮化钛光热响应的双重自修复涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于氮化钛光热响应的双重自修复防腐涂层及其制备方法，其特征在于，该涂层由包覆纳米氮化钛并负载缓蚀剂的光热响应复合填料和形状记忆树脂组成。该涂层通过以下方法制得：首先将纳米氮化钛、缓蚀剂、致孔剂均匀混合，通过硅源物质水解制得光热响应复合填料；接着将复合填料以一定比例均匀分散到形状记忆树脂中，并在金属基材表面构建具有双重自修复效果的涂层体系。当涂层产生破损时，纳米氮化钛在光照下激发等离激元共振而产热，一方面促使树脂的形状记忆恢复，另一方面促进填料内缓蚀剂的快速释放，从而恢复涂层对金属的保护作用。本发明的制备工艺简单，生产成本低，涂层的耐蚀性和自修复性能良好，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种基于氮化钛光热响应的双重自修复涂层及其制备方法，属于自修复防腐涂层技术领域。

背景技术

金属腐蚀会造成巨大的经济损失和安全隐患，有机涂层的物理屏障作用可以有效阻隔腐蚀性介质的侵入，是目前应用最广泛的金属防护手段之一。然而，涂层在服役过程中不可避免地会产生破损和开裂，造成防腐性能的显著下降。因此，亟需开发具有自行修复破损功能的智能涂层。

传统的加热自修复方式存在着修复时间长、修复距离和修复面积受限等问题。相比之下，光热效应触发的自修复机制具有修复速度快、精度高、远程可控、热损伤小等特点，具有巨大的潜在研究价值和经济效益。现有报告已通过在涂层中添加石墨烯、碳纳米管、贵金属纳米颗粒等实现了光热自修复，但这些物质的添加会显著增加涂层的制备成本。目前，基于光热效应的自修复研究大多是通过光热触发涂层基体愈合或填料释放的单一自修复机制。具有热致形状记忆性能的涂层在修复后不能完全闭合，难以阻止腐蚀的萌生和发展；而基于修复剂、缓蚀剂释放的自修复机制，其自修复效果依赖于填料的添加量和分散性，往往修复能力有限。

本发明选择纳米氮化钛作为光热响应物质，它具有等离激元共振特性，在整个可见光及近红外波长范围内均具有良好的光吸收率，并且可以高效地将光能转化为热能；同时还具有价格低、熔点高、化学稳定性和耐蚀性好等优点，是一种低成本、高性能的光热响应物质。本发明制备了包覆纳米氮化钛并负载缓蚀剂的光热复合填料，结合形状记忆有机树脂，构建具有优异光热响应性能的双重自修复防腐涂层体系。一方面可以促进缺陷处涂层基体的形状记忆恢复，另一方面可以促进涂层破损处缓蚀剂分子的快速释放，从而实现涂层的双重自修复，有效抑制腐蚀的进一步发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于氮化钛光热响应的双重自修复涂层及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于氮化钛光热响应的双重自修复涂层，其特征在于，该涂层由包覆纳米氮化钛并负载缓蚀剂的光热响应复合填料和形状记忆树脂组成。

进一步地，所述光热响应物质为纳米氮化钛，直径为10nm～80nm。

进一步地，所述光热响应复合填料，其特征在于，纳米氮化钛被包覆在复合填料的芯部，缓蚀剂负载于复合填料的介孔孔隙内，光热响应复合填料的直径为100nm～500nm，缓蚀剂负载率为10wt.％～30wt.％。

进一步地，所述光热响应复合填料占涂层质量分数的1.0％～5.0％。

进一步地，作为优选，所述缓蚀剂为1,2,4-三氮唑、苯并三氮唑(BTA)、8-羟基喹啉(8-HQ)、2-巯基苯并噻唑(2-MBT)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的一种。

进一步地，作为优选，所述自修复涂层的种类为具有形状记忆性能的环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、聚烯烃树脂中的一种；

进一步地，所述光热响应的双重自修复涂层，其特征在于，涂层的厚度为50μm～200μm；

一种上述具有光热响应的双重自修复涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：