胡吉明课题组在海洋防护涂层研究中取得重要进展

来源:浙江大学化学系 发布时间:2022-01-18   88


 

涂层是使用最广泛也是最有效的一种金属腐蚀防护手段。为应对苛刻环境(如海洋环境)的腐蚀,通常需要在防护涂层中添加缓蚀剂,为涂层提供“主动防护”功能。然而,缓蚀剂分子的简单直接掺杂会对涂层造成破坏,且缓蚀剂会发生快速泄露。为解决上述技术问题,近年来,人们提出了“纳米存储器”技术,即先将缓蚀剂分子存储于一类多孔的纳米容器中,而后将纳米容器掺杂入防护涂层,取得了良好的效果。但遗憾的是,已经报道的“纳米存储器”,例如介孔SiO2、环糊精、层状双金属氢氧化物 (LDH)、金属有机框架化合物 (MOF)等大多是亲水的。这导致“纳米存储器”对腐蚀介质如水和氧气等缺乏阻挡性能(即“被动防护”功能),一旦“纳米存储器”中的缓蚀剂完全释放后涂层的防护性能急剧下降。

为此,浙江大学化学系胡吉明课题组在2017年首次在超疏水SiO2薄膜中负载缓蚀剂,并将此薄膜直接用于Al合金的防护(J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 649–656,期刊IF=12.7)。在此基础上,最近,该课题组正式提出“超疏水纳米存储器”的概念。他们通过对传统MOF材料进行化学接枝改性制备得到超疏水的MOF“纳米存储器”,进一步负载缓蚀剂(2-氨基-5-巯基-1,3,4-噻二唑,AMT)后掺入聚乙烯醇缩丁醛(PVB)涂层中,得到兼具“主动防护”和“被动防护”功能的海洋防护涂层。分子动力学模拟的结果表明,超疏水“纳米存储器”体系比亲水纳米存储器体系更稳定;而且,超疏水纳米容器的长链穿插在树脂孔中,形成了互锁结构;与水层结合能的计算结果表明超疏水纳米存储器的掺杂提升了涂层体系的整体疏水性,提高了涂层的阻挡性能。上述成果有望在新一代海洋防护涂层的研制和开发中取得应用。

相关成果近日发表于国际顶尖化工期刊Chemical Engineering JournalCEJIF=13.2,论文1https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.134039),论文的通讯作者为胡吉明,第一作者为化学系博士生赵越。研究工作受国家自然科学基金项目和南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)创新团队建设项目资助。

另外,课题组近期还在制备超薄高耐蚀性涂层研究方面取得重要进展。他们以六氟硅酸铵替代传统TEOS为硅源,在100℃下经水热法制备得到厚度仅为1 μm的全硅沸石涂层,该涂层在未经任何低表面能物质修饰的情况下疏水角可高达142.5°,此超薄涂层在模拟海水溶液中令人惊讶地表现出极佳的防护效果。上述方法比传统沸石薄膜的制备温度(通常需要180℃)下降了近一倍。相关成果同样发表于CEJ上(论文2https://doi.org/ 10.1016/j.cej.2021.133173)。该论文的通讯作者为浙江大学化学系胡吉明教授和中山大学材料学院曹发和教授,浙江大学化学系博士生刘盼和中山大学材料学院张勤号博士为共同第一作者。研究工作受国家重点研发计划、国家自然科学基金项目和南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)创新团队建设项目资助。

 

 

论文1Superhydrophobic nanocontainers for passive and active corrosion protection, Chemical Engineering Journal, 2022.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.134039


1 超疏水纳米存储器制备过程示意图

 

 

论文2Rapid synthesis of highly oriented hydrophobic silicalite-1 zeolite films on alloy steel at lower temperature for corrosion protection,Chemical Engineering Journal, 430 (2022) 133173.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133173

2疏水型沸石防护薄膜的低温快速制备示意图

 

初稿:赵越、刘盼

审核:胡吉明

 

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