掺杂沸石负载荧光探针的损伤自示警防腐涂层及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种掺杂沸石负载荧光探针的损伤自示警防腐涂层及制备方法，该掺杂沸石负载荧光探针的损伤自示警防腐涂层的配方按质量份包括有水性环氧乳液45

【技术实现步骤摘要】
掺杂沸石负载荧光探针的损伤自示警防腐涂层及制备方法


[0001]本专利技术属于防腐涂层
，尤其是涉及一种掺杂沸石负载荧光探针的损伤自示警防腐涂层及制备方法。

技术介绍

[0002]结构钢是发展海洋事业的重要物质基础，是海上工程平台、船体的重要金属原料，是用量极大、应用范围很广的基础材料。据中国钢铁工业协会统计，2018 年我国钢产量突破11亿吨。《中国钢结构行业全景调研与发展战略研究咨询报告》中指出，钢结构产量占钢总产量的7.4％。然而，结构钢面临耐腐蚀性不佳的现实问题，尤其是产量比重高达80％的碳素结构钢。
[0003]海洋工程结构钢的腐蚀防护，是可持续发展海洋蓝色经济所需要解决的重要难题之一。解决制约海洋经济可持续发展和维护海洋权益的海洋环境腐蚀问题已刻不容缓。
[0004]国务院在《国家中长期科技发展规划纲要》中要求，重点突破提升海洋工程基础设施和装备耐久性的关键技术，聚焦全寿命成本优化，优先发展和构建高性能绿色安全防护体系。防腐涂层是高效、简捷、持久的海洋环境钢结构的腐蚀防护措施。美国腐蚀工程师协会在国际腐蚀调查报告中声明，防腐涂层能有效降低腐蚀经济损失的70～90％。在《战略性新兴产业重点产品指导目录》解读中，国家发展改革委将高性能环保海洋工程防腐涂料定性为提升海洋工程基础设施与装备耐久性和安全性的着力点。
[0005]有机防腐涂层是在化学成分、宏观/微观结构和表界面性质方面具有异质性和极端复杂的聚合物复合材料。高分子树脂成膜物是有机防腐涂层的关键组分之一，它作为基本屏障，阻滞水、氧和氯离子等腐蚀性因子的扩散渗透。涂层中的功能性填料是另一项关键组分，它起到附加的防腐性能，例如片层材料的三维阵列迷宫效应、纳米粒子的针孔阻塞作用、微胶囊包覆修复剂的自修复以及纳米负载靶向可控释放缓蚀作用等。理想完整结构的有机防腐涂层能够对腐蚀性粒子发挥出色的屏障性。然而，在涂层制备过程中难以避免的异相杂质，或者运输和服役期间因环境和机械因素造成的键断裂乃至局部损伤，将使涂层对腐蚀因子的屏蔽突变式下降。局部损伤可能是微纳级的点孔、划痕，也可能是应力致毫米级裂缝。如果涂层缺陷未得到及时修复，损伤区域会诱使腐蚀因子的快速引入，最终导致涂层过早失效乃至危害极大的点蚀或缝隙腐蚀。该过程隐匿于涂层之下，且具有一定的随机性，难以及时发现和精确定位。当达到肉眼可见程度时，则说明腐蚀情况已经极其严重。因此，隐蔽性使涂层下早期局部腐蚀成为非常危险的腐蚀形式，未及时发现和修复将造成腐蚀情况在不知不觉中快速发展，造成工程承重结构失效、管道罐体穿孔泄漏等重大事故，不仅造成巨大经济损失，也危及公共和人身安全。长期以来，由于缺乏有效的技术措施，大规模钢结构涂层下局部腐蚀的监检测和补救处理，消耗了大量的人力、物力、财力和时间。在现实需求的驱动下，发展出了基于不同原理的腐蚀监检测技术。例如，用于罐体内壁腐蚀的硼镜、基于光学轮廓分析的CCD成像技术、基于声学的声发射和超声波导波技术、X射线成像法、红外热成像法、基于波形盘绕磁强计(MWM)和叉指电极(ID)的电磁传感器、用于管道和
罐体腐蚀的磁通量泄漏技术、基于极化电阻、电化学噪声、电化学阻抗谱等原理的电化学探针技术等。这些技术在特定的适用领域有着不错的表现，但也面临着种种局限性，如腐蚀检测灵敏度不高、具有放射危险性、大通量扫描和腐蚀区精确定位难以兼顾、只针对后期腐蚀、难以用于狭小空间等，电化学方法还需要针对不同的腐蚀环境和腐蚀类型配备相应的探针。技术的复杂性和实现的不便捷导致大规模钢结构涂层下早期局部腐蚀的监检测异常困难和昂贵。
[0006]新兴智能材料的出现使涂层下早期局部腐蚀的高灵敏度便捷监检测成为可能，赋予有机涂层腐蚀示警功能。腐蚀示警涂层通过在涂层中植入对腐蚀过程的一种或几种因子敏感的化学探针，借助颜色变化或荧光信号实现示警功能，是一种无损检测技术，也是现代智能涂层的重要特征之一。
[0007]荧光化学探针是提升涂层下早期腐蚀示警精确度和灵敏度的有效方法，也是该领域的前沿热点。荧光化学探针基于对腐蚀微区的局部酸化事实或腐蚀产物离子的响应。例如，pH敏感荧光响应的改性香豆素咪唑、Al
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敏感荧光响应的8
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羟基喹啉、荧光蛋白衍生物和Morin荧光剂等被用于铝合金腐蚀检测。
[0008]pH敏感荧光响应容易产生误报。从钢铁腐蚀的电化学反应本质出发，腐蚀荧光示警智能涂层最直接的机制是Fe
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敏感荧光探针。由于Fe
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中不成对d电子对非辐射过程中激发态能量耗散的促进而造成的顺磁效应，多数Fe
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敏感荧光探针是基于荧光猝灭机制，如Ferrichrome Analog类、Desferrioxamine B衍生物。为了提高观测的便利和显著性，人们更倾向于对基于荧光开启机制的Fe
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敏感荧光探针的研究。罗丹明B具有出色的光物理性质，例如长波长吸收和发射、高荧光量子产率、大消光系数和高光漂白阈值，被广泛用于设计阳离子选择性荧光开启探针。实验表明，罗丹明B在酸性或Fe
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环境中荧光活性和强度显著增大，是检测涂层下钢铁早期腐蚀很有潜力的荧光化学探针。罗丹明B的羧基框架可以通过用胺、肼或肟衍生物等处理而很容易转化为螺内酰胺结构，以获得能够识别并结合特定目标金属离子的载体。罗丹明B衍生物的荧光行为是基于在目标分析物存在下，分子结构中螺环形式到开环形式的可逆结构变化。螺环(闭环) 形式基本上无色且无荧光，金属阳离子能够使螺环通过配位而形成开环形式，发出强烈的荧光，形成荧光开关行为。
[0009]涂层内部的腐蚀环境非常复杂，荧光化学探针的直接掺杂应用将使其过早地暴露于复杂的涂层内环境中，很容易受到涂层本身或渗入的腐蚀性介质成分的影响，导致荧光猝灭且失去腐蚀示警功能。因此，有必要通过超分子容器等对探针进行负载保护，同时不影响探针和Fe
3+
的接触。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是提供一种掺杂沸石负载荧光探针的损伤自示警防腐涂层，通过沸石微纳颗粒对荧光探针负载，实现荧光探针的保护和Fe
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响应的涂层损伤和局部腐蚀荧光示警。
[0011]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是，该掺杂沸石负载荧光探针的损伤自示警防腐涂层的配方，按质量份比包括有水性环氧乳液45
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65份、沸石负载荧光探针超分子1
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5份、水10
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15份。
[0012]该掺杂沸石负载荧光探针的损伤自示警防腐涂层通过沸石微纳颗粒对荧光探针
负载。沸石颗粒呈现多孔笼状结构，实现对荧光探针的保护。同时多孔结构允许金属离子出入，Fe
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可以扩散至沸石笼内，且不影响探针和Fe
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的接触。
[0013]作为本专利技术的优选技术方案，还包括有助剂和固化剂，所述固化剂15
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25份；所述助剂包括消泡剂0.5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺杂沸石负载荧光探针的损伤自示警防腐涂层，其特征在于，该掺杂沸石负载荧光探针的损伤自示警防腐涂层的配方，按质量份包括有水性环氧乳液45
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65份、沸石负载荧光探针超分子1
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5份、水10
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15份。2.根据权利要求1所述的掺杂沸石负载荧光探针的损伤自示警防腐涂层，其特征在于，还包括有助剂和固化剂，所述固化剂15
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25份；所述助剂包括消泡剂0.5
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2份、流平剂0.5
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2份和分散剂0.5
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2份。3.根据权利要求2所述的掺杂沸石负载荧光探针的损伤自示警防腐涂层，其特征在于，所述消泡剂为BYK
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028消泡剂，所述流平剂为BYK
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346流平剂，所述分散剂为PE100浸润分散剂，所述固化剂为水性胺类固化剂；所述水性环氧乳液为F0707水性环氧树脂。4.一种权利要求1所述掺杂沸石负载荧光探针的损伤自示警防腐涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1罗丹明酰肼荧光探针分子的制备：在无水乙醇环境和回流操作条件下，将罗丹明B与无水肼的反应，获得黄色沉淀物并离心清洗，干燥后获得罗丹明酰肼荧光探针分子；S2沸石负载荧光探针超分子的制备：将沸石粉末与步骤S1中制得的罗丹明酰肼荧光探针分子混合水
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乙腈溶液中，持续搅拌反应，获得沸石负载荧光探针超分子；S3掺杂超分子的损伤自示警涂层的制备：将水性环氧乳液45
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65份、所述步骤S2沸石负载荧光探针超分子悬浮液1
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5份、水10
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15份混合并搅拌后，加入水性胺类固化剂15
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25份、消泡剂0.5
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2份、流平剂0.5
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2份和分散剂0.5
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2份，继续搅拌，获得掺杂沸石负载荧光探针的损伤自示警防腐涂层。5.根据权利要求4所述的掺杂沸石负载荧光探针的损伤自示警防腐涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：S11：将罗丹明B溶解于无水乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁锐，吕静，岳庆先，梁暄，王玉玉，祝冰倩，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：