MOF涂层防腐

爱洛姆佳佳 2024-12-12 03:39:45
1. MOFs提升涂层交联固化密度~~被动提升涂层防腐 一些 MOFs 有机配体中的胺基、羟基等官能团和金属阳离子中心可作为 Lewis 酸/碱参与环氧基团的开环反应,并且 MOFs 的多孔结构中可渗透进预聚物和固化剂分子,为涂层分子固化提供良好的接触环境,此外 MOFs 作为异相核心,可引导和促进高分子树脂聚合、凝固的过程[3]。 因此 MOFs 可从整体上提升涂层的交联密度[17],改善涂层的热力学性能[18]、防腐性能[19]。Jouyandeh等[20]研究中发现 0.1%的 MIL-101(Cr)可提升环氧涂层(EP)固化焓 63%,MIL-101(Cr)的添加有利于环氧涂层交联度的提升,这源于 MIL-101(Cr)表面和空腔内部的 Cr 作为 Lewis 酸位点参与了环氧树脂的开环反应。 Duan 等[21]实验中分离得到了 ZIF-8同环氧预聚物反应的产物,2-甲基咪唑中-NH-参与了环氧树脂的开环反应(图 1b)提升涂层的交联度,0.5 wt% ZIF-8 添加量下的环氧涂层浸泡 8000 h 得到的低频阻抗|Z|0.01Hz达到 1.01×1011Ω·cm2高于纯环氧涂层 3 个数量级,初始粘附强度由 6.36 MPa 提升至13.59 MPa。 Li 等[22]制备的 PN-Zn-MOF-74/EP 涂层中,由于 MOFs 复合材料中存在大量的羧基和羟基,因而有效增强了水性环氧涂层的交联性,未浸泡时的涂层|Z|0.01Hz提升了 1.5 个数量级。 MOFs 直接参与涂层的固化反应和间接为涂层提供固化反应的空间促使涂层交联密度的提升,以此提高了涂层对腐蚀离子的被动阻隔性能。 MOF是减少涂层孔隙 MOFs 生长在 GO、HBN 等不透水的刚性填料表面,可显著改善刚性填料对涂层孔隙的填充[28],进一步提升涂层疏水性、防腐性[29]。 Duan 等[30]将 ZIF-8 复合在氟化石墨烯(FG)表面,以及利用聚乙二醇辛基苯基醚(TX-100)实现 ZIF-8 与高氟化石墨烯(3FG)的复合,由于 ZIF-8 的存在,复合材料使得涂层交联度得到增强、FG 在涂层中分散性得到显著改善,涂层浸泡10000 h 的|Z|0.01 Hz仍保持在 1.01×1011Ω⋅cm2。对 MOFs 表面的修饰可提升 MOFs 的稳定性或强化与涂层的相容性甚至达到与 MOFs协同防腐。 Wang 等[31]将多巴胺(DA)接枝到 MOF-5 表面,其中 DA 含有的-NH2可参与树脂的开环反应,强化了 MOF-5在水性环氧涂层中的相容性,增强了涂层的交联密度,DA-MOFs/EP 涂层表现出更大的阻抗值,附着力提升约 1-3.5 MPa。修饰后的 MOFs 极性被进一步被改善。不同的改性物质可促使 MOFs 更适用于油性或水性的聚合物涂层。 Kang 等[32]采用一锅法和后修饰得到 Cu-MOF/G@Im-COF,在 Cu-MOF、机框架材料(Im-COF)、POTS 共同作用下,MOFs 涂层具有较好的杀菌和自清洁性能,润湿角从 78o提升至 161.8o,|Z|0.01 Hz提升至 1.4×1010Ω⋅cm2。 总之,MOFs 与其他材料复合旨在充分发挥 MOFs 与其他材料各自的优势,以此强化 MOFs 复合材料对有机涂层防腐性能的提升。在涂层防腐领域中,与 MOFs 复合或修饰材料的种类朝着多样化发展。 2. MOFs 负载外源缓蚀剂~~~主动提升涂层防腐 (1)原位负载:原位负载即缓蚀组分参与到 MOFs 晶体的生长过程,在 MOFs 生长过程中通过键合、包覆等方式保留在MOFs 中,所运用到的方法包括离子诱导和直接包覆。 Ren 等[69]将葡萄糖酸锌(ZnG)作为唯一的 Zn2+源诱导合成了 ZnG@ZIF8,绿色缓蚀剂ZnG 在 ZIF-8 生长过程中通过 Zn2+作用下装载 ZIF-8 中。 Xiong 等[50,38]将缓蚀剂水杨醛(SA)在一锅法下负载在ZIF-8 空腔内,SA 分子直径大于 ZIF-8 的孔径使得该缓蚀剂无法通过简单的扩散而释放,使得智能涂层更具灵敏性。该方法负载缓蚀剂步骤简便且稳定,主要依靠 MOFs 内部空腔封装缓蚀剂而非 MOFs 表面活性位点,智能防护性相对灵敏。但该负载策略应当充分考虑缓蚀剂是否对 MOFs 晶体结构造成影响,在目前已有 BTA 可影响 ZIF-8 晶体生长大小的先例[35]。 (2)合成 MOFs 后负载缓蚀剂:该负载缓蚀剂的方式即在合成 MOFs 后通过吸附、球磨、离子交换、聚合物分子协同等方式负载缓蚀剂,其主要依靠 MOFs 的孔径、比表面积和活性位点等。 如 Chen 等[54]制备的 HBN-MIL@MBT 则依靠 NH2-MIL-125 官能团和孔径吸附缓蚀分子 2-巯基苯并噻唑(MBT);Mohammad 等[70]通过配体交换合成一种可封闭的双配体复合材料 G-ZPF,G-ZPF可作用的缓蚀组分包括 Zn2+、Im、PO43-。 球磨法则通过机械力作用使 MOFs 产生更多的活性位点,从而达到 MOFs 与缓蚀组分键合的目的,Tiana 等[71]将合成的新型缓蚀剂 ATT 通过球磨负载在 ZIF-8 上,提升了复合材料的缓释效率。总而言之该负载策略负载缓蚀剂的种类多样,可负载更多绿色的新型缓蚀剂[72]。同时,可与部分内源性 MOFs 构建多缓蚀剂源的协同防腐。但该负载策略对 MOFs 的稳定性要求较高,且缓蚀剂在负载和 MOFs 经修饰时候存在缓蚀剂提前泄漏等问题。 蒋伟,MOFs 增强有机涂层防腐性能研究 进展[J/OL].表面技术. https://link.cnki.net/urlid/50.1083.tg.20240712.1633.008
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