[发明专利]一种pH刺激响应智能修复涂料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种pH刺激响应智能修复涂料及其制备方法，pH刺激响应智能修复涂料包括：缓蚀剂、缓蚀剂载体、包覆层、成膜物质、固化剂、溶剂；其中，所述缓蚀剂为2‑氯甲基苯并咪唑，所述缓蚀剂载体为介孔气相二氧化硅，所述包覆层为聚(对苯乙烯磺酸钠)和聚乙烯亚胺，所述聚(对苯乙烯磺酸钠)和聚乙烯亚胺按照先后顺序依次包覆在负载了2‑氯甲基苯并咪唑的介孔气相二氧化硅表面，且以环氧树脂为成膜物质，溶剂为无水乙醇。所制备的pH刺激响应智能修复涂料在腐蚀介质pH值不高于4时，对金属基材都有非常突出的保护作用，且pH越低，保护效果越好。

技术领域

本发明涉及有机高分子涂料技术领域，尤其涉及一种pH刺激响应智能修复涂料及其制备方法。

背景技术

涂料是跨海大桥、轨道交通、沿海能源电力、港口仓储等大型设施的重要防护手段。然而，传统的防腐涂层存在一定弊端，一旦涂覆在金属表面的涂层出现裂纹，裸露在外的金属基体将会加速腐蚀。尤其在海洋环境下，涂层更容易遭受破坏，金属腐蚀造成重大经济损失，甚至安全事故。虽然目前有很多手段可以检测和修复涂层裂纹，但这些手段存在耗时长、工艺复杂等问题，并且仅适用于外部的明显损伤，无法修复涂层内部的、难以检测的裂纹。因此，具有自修复作用的智能防腐涂层成为了研究的热点。对于智能防腐涂层来说，在受到破坏且腐蚀开始发生时，其能够对外界环境的变化快速做出响应，并以不同的方式实现自我修复，从而减弱金属基体的腐蚀。智能防腐涂层不仅可以应用于工业和生活等方面，而且还适应于航天、航海等关键领域。

缓蚀剂是可吸附于金属表面并形成稳定分子膜的物质，通过隔绝腐蚀介质而对金属起到保护作用。当涂层出现裂纹时，体系中含有的缓蚀剂可吸附于裸露金属表面起到保护作用。基于缓蚀剂技术的智能修复涂料正受到本技术领域的高度关注，通常情况下通过向多孔无机物等载体中负载缓蚀剂并与成膜物质复合来实现。如“CN108912960A”公开了“一种自修复防腐涂料”，该涂料中含有自修复功能添加剂，其中装载的缓蚀剂能够在涂层破损时及时形成新的保护能力。“CN110644004A”公开了“一种自修复缓蚀复合材料、制备方法及其应用”，该材料将介孔二氧化硅作为硬脂酸的纳米接收容器，在腐蚀产生时释放后者，提供自修能力。“CN112552778A”公开了“一种含微胶囊的自检测自修复智能涂层及其制备方法”，该涂料中含有缓蚀剂，被认为具有对涂层中出现的缺陷进行自发修复的功能。“CN110698962A”公开了“兼自修复性能及防腐性能的复合材料及其制备方法”，该材料中添加的缓蚀剂，被认为能够提高材料的防腐性能和自修复速度。“CN109536012B”授权了“微胶囊自修复防腐涂料及其制备方法”，通过向二氧化硅微胶囊中添加缓蚀剂，该方法可实现涂层在出现裂纹后，防护性能一定程度的恢复。“CN111471389A”公开了“一种二氧化硅微胶囊自修复防腐涂料及其制备方法”，该涂料中加入了二氧化硅包覆缓蚀剂形成的微胶囊材料，提高了涂料的自修复效率，可延长涂层使用寿命。“CN109608923A”公布了“一种可控释放缓蚀剂的氧化石墨烯-介孔二氧化硅二维纳米容器的制备方法”，该方法采用氨基硅烷改性介孔二氧化硅，通过介孔二氧化硅表面锚定的氨基硅烷来实现所负载缓蚀剂的可控释放。即酸性环境时，氨基硅烷中的氨基质子化，在库伦斥力的作用下，氨基硅烷关闭介孔二氧化硅的通道，抑制了缓蚀剂的释放；碱性的微区环境使介孔二氧化硅被溶解破裂，进而释放出缓蚀剂，抑制腐蚀的进一步发生。“CN109608985B”授权了“一种可自动修复防腐涂层及其制备方法”，在外界酸或者还原剂(如硫离子)的刺激下，涂层中的负载缓蚀剂的刺激响应性介孔二氧化硅壳层高分子N-叔丁基羰基水解离去(在酸刺激下)或者二硫键断裂(在还原剂刺激性)，壳层高分子发生疏水-亲水转变，进而将介孔二氧化硅孔道暴露，负载的缓蚀剂迅速释放出来，形成保护膜，能够有效抑制腐蚀。“CN111234566B”授权了“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”，该方法将缓蚀剂装载于中空介孔二氧化硅球核内部，并将ZIF-8纳米阀门包覆于所述中空介孔二氧化硅球核的外表面，并认为该中空介孔二氧化硅纳米容器具有酸碱双重响应-释放的功能。