涂层技术是腐蚀领域中应用最广泛的防腐手段之一。在苛刻且复杂的海洋环境中，防护涂层在服役过程中易产生微孔和裂纹，这使涂层的防护性能大打折扣。因此开发具有主动防护（自修复）能力的涂层成为腐蚀防护领域重要的发展方向，引起科研工作者的广泛关注。根据不同的防护机制，可将其分为本征型和外援型涂层。其中外援型涂层的主动防护能力往往取决于填料的分散性、不同pH下的稳定性和所负载缓蚀剂的有效释放率等诸多因素，且如果只有纳米容器这种单一防护功能的涂层，在苛刻环境很难具有长效性能。因此研发具有物理阻隔、纳米容器负载且环境友好的外援型智能防腐涂层是目前领域的迫切需求且极具挑战性。鉴于此，硕士研究生李昊在中科院宁波材料所赵文杰研究员和北京科技大学强玉杰副教授的联合指导下，选择了一种环保的药物型缓蚀剂2-巯基苯并咪唑（M），将其原位嵌入氧化石墨烯纳米片（GO）上的沸石咪唑骨架-8（ZIF-8）中，制备了具有良好分散性和功能性的M-ZIF-8/GO复合纳米材料。并进一步将该纳米材料引入水性环氧树脂中，制备了具有优异主动防护性能的M-ZIF-8/GO/EP复合涂层。GO纳米片能在涂层内部形成迷宫阻隔效应，而由锌离子、2-甲基咪唑和2-巯基苯并咪唑构成的M-ZIF-8，则能有效的提升涂层的交联密度和填料的相容性，且能高效释放缓蚀剂。基于XPS结果中的N-Zn和S-Zn键，M-ZIF-8/GO中M的负载机理可以通过M和Zn2+之间的配位反应来进行解释。UV-vis和SEM结果表明M-ZIF-8/GO具有显著的pH触发活性。原位电化学测试技术证明M-ZIF-8/GO/EP复合涂层具有优异的自修复性能，这归因于缓蚀剂在局部环境pH变化后的智能释放以及在金属表面的再吸附成膜。另一方面，M-ZIF-8/GO还能促进环氧树脂固化时的开环反应，大大提高了M-ZIF-8/GO的相容性和环氧涂层的交联密度，基体涂层的防腐性能也得到了显著的提升。显然，M-ZIF-8/GO/EP复合涂层作为长效的金属智能防腐蚀涂层具有广阔的潜力。相关工作发表在腐蚀领域顶刊Corrosion Science.
论文链接
https://doi.org/10.1016/j.corsci.2021.109715
图1：M-ZIF-8/GO复合纳米材料的制备原理图
图2：GO、ZIF-8/GO和M-ZIF-8/GO的TEM和SEM图，以及M-ZIF-8/GO中各元素的EDS全谱和含量。
图3：M-ZIF-8/GO在不同pH值下的UV-vis释放曲线和SEM图
图4：引入缺陷后,不同涂层在3.5 wt% NaCl 溶液中的原位自修复
图5：M- ZIF-8/GO/EP涂层的防腐和自愈合机理示意图
