基于pH响应荧光MOFs复合材料用于智能防腐涂层材料的应用制造技术

本发明专利技术涉及基于pH响应荧光MOFs复合材料用于智能防腐涂层材料的应用，属于防腐涂层材料领域。基于pH响应荧光MOFs复合材料包括具有pH响应荧光效应的金属有机框架纳米填料和疏水树脂；根据涂层荧光颜色的变化实现对涂层损伤和/或金属基底腐蚀的预警。当涂层轻微划伤未暴露基底时，金属有机框架纳米填料与腐蚀介质接触，发射出一种颜色的荧光；当涂层严重划伤暴露基底时，金属基底发生腐蚀，阴极氧还原反应产生OH

【技术实现步骤摘要】
基于pH响应荧光MOFs复合材料用于智能防腐涂层材料的应用


[0001]本专利技术属于防腐涂层材料领域，更具体地，涉及基于pH响应荧光MOFs复合材料用于智能防腐涂层材料的应用，涉及一种具有自预警与自修复双功能的智能防腐涂层材料的应用，特别涉及一种基于pH响应荧光金属有机框架复合材料具有自预警与自修复双功能的智能防腐涂层的应用。

技术介绍

[0002]腐蚀是自然和工业环境中普遍存在的现象，它会严重削弱金属的使用寿命。在众多的防腐技术中，有机涂层是最常用的且最有效的技术之一，它能有效避免金属与腐蚀介质的直接接触。然而，传统的有机涂层在外界环境的影响下容易受到各种类型的损伤，如微小裂纹、针孔、空洞以及运输过程中的机械刮伤。因此，通过检测性能损失进行自主报告和通过损伤的自修复实现金属腐蚀自愈是防腐涂层材料领域的两大重要挑战。
[0003]一方面，涂层的损伤不可避免地加速金属腐蚀，因此对涂层损伤和金属腐蚀进行早期预警，可以及时监测腐蚀过程并开始适当的材料维护，以延长涂层和金属基底的使用寿命。另一方面，具有自修复功能的智能涂层可以通过内在和外在机制修复涂层损伤，恢复屏障性能。自预警和自修复功能的协同作用，可以在人工修复损伤之前及时发出腐蚀预警信号并有效抑制腐蚀活动，从而提高涂层的整体性能。
[0004]金属有机框架(Metal
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organic frameworks,MOFs)材料，具备高的比表面积、可控的孔隙及纳米结构等优势，已经在防腐涂层材料领域引起广泛的关注。在防腐涂层材料领域，已有许多研究将MOFs作为纳米容器负载缓蚀剂用于防腐涂层材料领域，以达到腐蚀自愈的目的。例如，中国专利CN112552789A，一种基于金属有机框架材料的自愈合涂层及其制备方法；中国专利CN112457696A，一种基于喹啉类纳米金属
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有机框架材料的自修复涂层及其制备方法。但是这些研究并没有完全发挥MOFs的优势。
[0005]MOFs中有一类具有荧光特性的MOFs，不但兼具传统MOFs固有的特性外，还具有丰富的发光来源及能量转移过程。中国专利CN114716879A中，公开了一种损伤感知腐蚀预警智能涂层材料及其应用，将对金属离子具有荧光效应的MOFs作为纳米填料引入涂层中，用于实时监测涂层损伤与金属腐蚀情况。当涂层损伤部位未到达金属基底时，MOFs与环境介质接触，发出一种颜色的荧光；当涂层损伤部位到达金属基底时，MOFs与基底腐蚀产生的金属离子反应，发出另一种颜色的荧光。根据涂层荧光颜色的不同可以同时监测涂层损伤与金属腐蚀部位，从而指示涂层损伤并预警金属腐蚀的发生。然而，该专利技术中一种MOFs只能用于检测一种金属的腐蚀情况，不具有普遍适用性。
[0006]多数金属(如碳钢、铜、铝、锌及其合金等)腐蚀过程中，阴极部位都会发生氧还原反应产生OH
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，局部pH值升高。因此，将对pH具有荧光响应性能、缓蚀剂负载与释放性能的MOFs应用于涂层中，就可以实现涂层损伤与多种金属(碳钢、铜、铝、锌及其合金等)腐蚀的预警及自修复。目前现有研究中对基于pH响应荧光金属有机框架复合材料作为纳米填料、具有自预警与自修复双功能的智能防腐涂层鲜有报道。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有技术存在的问题提供一种基于pH响应荧光金属有机框架复合材料作为纳米填料、具有自预警与自修复双功能的智能防腐涂层的应用，一方面，当涂层轻微划伤未暴露基底时，金属有机框架纳米填料与腐蚀介质接触，发射出一种颜色的荧光；当涂层严重划伤暴露基底时，金属基底发生腐蚀，阴极氧还原反应产生OH
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，局部pH值升高，纳米填料发射出另一种颜色的荧光；根据荧光颜色的变化可以实现对涂层损伤和多种金属基底腐蚀的及时示警。
[0008]根据本专利技术的目的，提供了一种基于pH响应荧光MOFs复合材料用于智能防腐涂层材料的应用，根据涂层荧光颜色的变化实现对涂层损伤和/或金属基底腐蚀的预警；
[0009]所述基于pH响应荧光MOFs复合材料包括具有pH响应荧光效应的金属有机框架纳米填料和疏水树脂。
[0010]优选地，所述具有pH响应荧光效应的金属有机框架纳米填料为Zr
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MOF、In
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MOF或Eu
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Tb
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MOF，其中Zr
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MOF的配体为2,5
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二羟基对苯二甲酸，客体分子为碳点，In
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MOF的配体为2,2'
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联吡啶
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5,5'二羧酸，Eu
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Tb
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MOF的配体为4,4'
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二苯醚二甲酸。
[0011]优选地，当所述金属有机框架纳米填料为Zr
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MOF时，在涂层损伤时，具有pH响应荧光效应的金属有机框架纳米填料与腐蚀介质接触产生蓝色荧光，在涂层的金属基底发生腐蚀时，阴极氧还原反应产生OH
‑
，局部pH值升高，使得pH响应荧光效应的金属有机框架纳米填料发生黄色荧光。
[0012]优选地，当所述金属有机框架纳米填料为In
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MOF时，在涂层损伤时，具有pH响应荧光效应的金属有机框架纳米填料与腐蚀介质接触产生蓝色荧光，在涂层的金属基底发生腐蚀时，阴极氧还原反应产生OH
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，局部pH值升高，使得pH响应荧光效应的金属有机框架纳米填料发生绿色荧光。
[0013]优选地，当所述金属有机框架纳米填料为Eu
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Tb
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MOF，在涂层损伤时，具有pH响应荧光效应的金属有机框架纳米填料与腐蚀介质接触产生绿色荧光，在涂层的金属基底发生腐蚀时，阴极氧还原反应产生OH
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，局部pH值升高，使得pH响应荧光效应的金属有机框架纳米填料发生红色荧光。
[0014]优选地，所述具有pH响应荧光效应的金属有机框架纳米填料中负载有缓释剂。
[0015]优选地，所述缓蚀剂为2
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巯基苯并咪唑、2
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巯基苯并噻唑或苯并三氮唑。
[0016]优选地，所述金属基底为碳钢、铜、铝或锌。
[0017]优选地，所述疏水树脂为环氧树脂、丙烯酸树脂或氟碳树脂。
[0018]优选地，所述涂层材料中金属有机框架纳米填料质量占比为0.1％～5％。
[0019]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0020](1)本专利技术使用对pH具有荧光响应、缓蚀剂负载与释放性能的MOFs作为纳米填料，得到的智能防腐涂层具有自预警和自修复的双重功能。当金属表面涂层出现损伤时，该智能涂层能够对涂层缺陷处的环境变化做出响应：一方面，当涂层轻微划伤未暴露基底时，金属有机框架纳米填料与腐蚀介质接触，发射出一种颜色的荧光；当涂层严重划伤暴露基底时，金属基底发生腐蚀，阴极氧还原反应产生OH...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于pH响应荧光MOFs复合材料用于智能防腐涂层材料的应用，其特征在于，根据涂层荧光颜色的变化实现对涂层损伤和/或金属基底腐蚀的预警；所述基于pH响应荧光MOFs复合材料包括具有pH响应荧光效应的金属有机框架纳米填料和疏水树脂。2.如权利要求1所述的基于pH响应荧光MOFs复合材料用于智能防腐涂层材料的应用，其特征在于，所述具有pH响应荧光效应的金属有机框架纳米填料为Zr
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MOF、In
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MOF或Eu
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Tb
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MOF，其中Zr
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MOF的配体为2,5
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二羟基对苯二甲酸，客体分子为碳点，In
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MOF的配体为2,2'
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联吡啶
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5,5'二羧酸，Eu
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Tb
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MOF的配体为4,4'
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二苯醚二甲酸。3.如权利要求2所述的基于pH响应荧光MOFs复合材料用于智能防腐涂层材料的应用，其特征在于，当所述金属有机框架纳米填料为Zr
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MOF时，在涂层损伤时，具有pH响应荧光效应的金属有机框架纳米填料与腐蚀介质接触产生蓝色荧光，在涂层的金属基底发生腐蚀时，阴极氧还原反应产生OH
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，局部pH值升高，使得pH响应荧光效应的金属有机框架纳米填料发生黄色荧光。4.如权利要求2所述的基于pH响应荧光MOFs复合材料用于智能防腐涂层材料的应用，其特征在于，当所述金属有机框架纳米填料为In
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【专利技术属性】
技术研发人员：齐锴，范德红，邱于兵，郭兴蓬，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：