西南石油大学:植酸改性Ce-MOF,用于提高水性环氧涂层的防腐性能与自修复性能
2025-08-11 10:59:29 作者:本网发布 来源:涂料驿站 分享至:

 近年来,随着腐蚀环境的日益严峻,金属腐蚀的危害愈发严重。这不仅会造成巨大的经济损失,还会引发一系列安全隐患,对自然资源、生态系统和公众健康产生显著的负面影响。因此,采取有效的防腐措施(如阴极保护、缓蚀剂防腐涂层)对于应对日益严峻的腐蚀问题至关重要。

在众多防腐方法中,有机环氧涂层因其优异的物理屏障性能、化学稳定性和良好的成本效益而备受关注。然而,有机溶剂涂料在生产和应用过程中会释放大量挥发性有机化合物(VOCs),对环境造成污染,甚至危害人体健康。因此,以水为溶剂的水性环氧涂层因其环境友好性逐渐进入公众视野。尽管环氧涂层具有诸多优势,但在固化过程中可能产生微孔和裂纹等缺陷,导致腐蚀介质渗透到基材中。这些固有缺陷会使涂层在短期内出现起泡和附着力丧失等问题。通过在涂层基质中引入纳米填料,不仅能有效提升其防腐性能,还能提高涂层的机械性能。纳米填料可作为物理屏障阻断微孔等结构缺陷,部分纳米材料还具有高长径比、化学稳定性强、耐腐蚀性优异等特性,可在涂层中形成迷宫式屏障,显著延长腐蚀介质向基材的渗透路径,从而达到延缓金属腐蚀的目的。

金属有机框架材料(MOFs)作为新兴材料,具有特殊的比表面积、可调控的孔隙率和优异的结晶质量,在气体存储、电化学储能和药物递送等领域表现突出。在防腐涂层领域,MOFs因其丰富的官能团可作为纳米填料的分散改性剂,通过共价和非共价相互作用实现在涂层中的均匀分散;其次,由于MOFs具有多孔结构,可以吸附腐蚀介质,而且许多MOFs(如Ce-MOF、Zr-MOF等)由具有本征缓蚀特性的金属离子和配体构成,可作为高效防腐添加剂;此外,由于MOFs具有显著的比表面积和多孔结构,还能作为纳米载体封装缓蚀剂。经过多年研究,MOFs的制备工艺与性能不断优化,其在金属腐蚀防护领域的潜力日益凸显。近年来,环保型Ce-MOF因制备工艺简单、毒性低且污染小而备受关注。尽管Ce-MOF在多领域表现优异,但其金属防腐能力的研究却相对较少。

植酸(PA)是一种由肌醇和6个磷酸基团组成的天然有机磷化合物,具有良好的化学稳定性和热稳定性,且提取工艺简单、成本低廉、对环境友好,容易在金属表面形成致密的保护层。就金属保护而言,PA还可与其他钝化剂一起用作缓蚀剂,在基材表面形成钝化膜,保护钢免受腐蚀。此外,PA还可用作蚀刻剂、缓蚀剂和表面功能化剂。

近期,西南石油大学白杨/何毅团队成功开发了一种具有自修复功能的新型水性环氧防腐涂层

 

通过溶剂热法,基于金属-配体配位合成Ce-MOF,随后通过搅拌进行植酸(PA)蚀刻,生成包覆Ce-MOF的薄膜,最终制得PA@Ce-MOF;然后将PA@Ce-MOF作为防腐添加剂加入环氧涂层中,通过喷涂法获得纳米复合涂层(PA@Ce-MOF/EP)。

该涂层初始阻抗值高达1.780×109Ω·cm2,比纯环氧涂层提高了266%,浸泡60天后仍保持9.652×107Ω·cm2,远超传统环氧涂层,表现出优异的耐蚀性。人工划痕涂层暴露72h后,该涂层的阻抗先降低后升高(浸泡24h后,阻抗从2.422×105Ω·cm2增至5.463×105Ω·cm2),证实纳米填料具有显著的缓蚀作用,且成功获得自修复性能。因此,本研究为金属腐蚀防护提供了新思路,也为新型防腐涂层的开发开辟了途径,有望为MOF材料在防腐涂层领域的应用提供重要参考。

合成示意图

PA@Ce-MOF合成示意图。

腐蚀和防腐机理

腐蚀和防腐机理。

数据来源与出处

 

 

 

 

 

相关研究成果以“Phytic acid-modified Ce-MOF for enhancing the anticorrosive performance and self-healing properties of waterborne epoxy coating”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。

 

 

 

 

 

 

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