[发明专利]一种多功能核壳自修复静电纺丝材料及其合成方法与应用

说明书

本发明提供一种多功能核壳自修复静电纺丝材料及其合成方法与应用。该方法合成的壳溶液由壳聚合物壳材、壳材溶剂、铜源按照质量比0.5−1.5:2−10:0.1−2的比例配比而成；核溶液由核材、核材溶剂按照质量比1:5−10的比例配比而成。通过同轴静电纺丝得到前体纳米纤维，进行气相还原得到多功能核壳自修复静电纺丝材料。将多功能核壳纳米纤维负载到树脂中，得到光热响应自修复涂层。本发明能够有效提高纳米氧化亚铜在聚乙烯醇缩丁醛纳米纤维表面的负载率、负载稳定性和均匀性。本发明能够提高复合涂层的力学性能。本发明以Q235钢作为研究的基底，实现本征自修复和非本征自修复的结合，防腐蚀性能优异，可以有效地提高Q235钢在腐蚀环境下的耐腐蚀性能，对基底材料具有优秀的保护性能。通过对关键材料部分进行实验探究，得到了性能最好的一种工艺路线。

技术领域

本发明涉及纳米纤维的合成技术领域，具体地说是一种多功能核壳自修复静电纺丝材料及其合成方法与应用。

背景技术

金属腐蚀是全球范围内的最严重的经济损失现象之一，尤其是工程材料的金属腐蚀。近年来，自修复防腐涂料因具有自动修复和优良的耐腐蚀性而成为研究热点。自修复防腐涂料的修复机理主要包括将修复剂负载到纳米容器中，将纳米容器分散到涂层中。当涂层受到环境改变影响而出现破损现象时，修复剂从纳米容器中释放出来，修复破损涂层从而避免金属基体腐蚀。但目前自修复防腐涂层仍存在纳米容器合成工艺复杂且易团聚、复合涂层力学性能下降、自修复次数有限、修复剂释放后出现新缺陷等问题。

智能响应自修复涂层能够对环境变化快速做出响应从而修复涂层，成为近年研究热点。与其他响应相比，光热响应自修复涂层具有可控性强、可多次修复、修复时间短等优势。但其也存在一定的局限性，比如传统光热剂贵金属纳米颗粒成本高以及光热剂在涂层中容易团聚和负载率低。

静电纺丝纤维因其自组装、高比表面积和体积比、高孔隙率、机械性能强等优点，在负载光热剂纳米颗粒方面具有巨大的潜力。同轴静电纺丝纤维可以作为纳米容器负载修复剂，实现自修复功能化。但修复剂填补涂层裂缝后与基地形成的螯合物容易脱落，致使涂层失效，减少涂层使用寿命。

因此发明一种兼具低成本、光热响应自修复和高修复剂负载量、高光热剂负量的静电纺丝材料迫在眉睫。

发明内容

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种多功能核壳自修复静电纺丝材料及其合成方法与应用，提高自修复涂层的力学性能，实现多次修复。

本发明的创新点主要在以下几个方面：

1、本发明以静电纺丝纳米纤维为模板，光热剂纳米颗粒通过气相还原法，均匀修饰在纳米纤维壳层内，解决光热剂纳米颗粒因表面张力而团聚的问题。同时以静电纺丝纳米纤维作为容器，负载绿色环保型修复剂，多方面增强涂层的防腐性能。

2、通过引入光热剂纳米颗粒，多功能纳米纤维形成复合涂层经多次光照开/关后，仍可以快速修复破损涂层，并且可以实现多次修复，增强涂层的防腐性能。

3、通过引入多功能纳米纤维，复合涂层增强增韧，增加涂层的力学性能。

4、将多功能纳米纤维引入传统树脂涂层中，提高树脂涂层的防腐性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

1、本发明提供一种多功能核壳自修复静电纺丝材料，包括壳结构A组分和包覆于所述壳结构内部的核结构B组分，以及有机涂层C组分：

其中壳结构溶液由壳聚合物壳材、壳材溶剂、铜源按照质量比0.5−1.5:2−10: 0.1−2的比例配比而成；

其中核结构溶液由核材、核材溶剂按照质量比1:5−10的比例配比而成；

将壳结构溶液和核结构溶液分别注入同轴静电纺丝装置的两个溶液通道，进行静电纺丝合成，即得核壳结构的前体纳米纤维静电纺丝材料。