复旦大学:一步法原位制备生物基自修复防腐涂层
2025-07-25 10:50:51 作者:本网发布 来源:涂料驿站 分享至:

 工业基础设施中由腐蚀引发的故障带来了严重的经济、环境和安全问题,导致高昂的维护费用和结构损坏。因此,开发耐用、持久且具有自修复功能的防护涂层已成为可持续材料设计的关键事项。由于生物基材料的生态友好性、可再生性和固有功能性,近年来的研究进展主要集中在生物基材料上。特别是,生物衍生的多酚类物质,因其优异的抗氧化和金属螯合性能,成为防护涂层缓蚀剂的候选材料。这些特性与可持续和智能材料日益增长的需求相一致,这些材料能够延长使用寿命并降低维护成本。

在此背景下,自修复防腐涂层为延长防护涂层的使用寿命提供了一种颇具吸引力的策略。通过在早期阶段自主修复微裂纹和抑制局部腐蚀,这些涂层显著延缓了结构退化的发生和扩展。与仅依赖被动屏障性能的传统涂层不同,自修复系统具备主动防御机制,减少了维护频率,降低了生命周期成本,并在恶劣环境条件下提高了整体耐久性。因此,开发高效实用的自修复涂层对于在工业和海洋基础设施中实现更持久的腐蚀防护至关重要。

然而,目前大多数报道的自修复策略仍存在显著的局限性。它们通常采用多步骤制备工艺,如乳液聚合、界面聚合或后功能化等,这不仅使工艺复杂化,限制了规模化生产,而且往往导致与聚合物基材的相容性较差。此外,许多系统中的修复剂需要外部加热或pH激活,这限制了其在动态或海洋环境中的适用性。目前,将天然缓蚀剂与光热功能结合到可扩展的一步法制备工艺的研究还十分有限。因此,迫切需要一种简化、高效且智能的自修复涂层,这种涂层能够将生物基功能与结构集成以及实际性能相结合。

聚天冬氨酸酯(PAE)具有固化速度快、附着力强和机械强度高等优点,被广泛认为是一种高性能的耐腐蚀聚合物。然而,其使用寿命往往会受外部因素(如紫外线辐射、化学侵蚀和机械应力)的影响,导致表面缺陷、裂纹和屏障完整性丧失。这些缺陷不仅会加速腐蚀介质的渗透,还需要频繁修复,从而影响PAE涂层的长期可靠性和效率。要解决这些缺陷,需要开发具有自主修复能力的先进材料,以减轻损伤并在无需外部干预的情况下恢复涂层的防护性能。

近期,复旦大学武利民/游波团队采用一步法原位制备技术,成功开发了一种可持续、可扩展的自修复防腐涂层

将茶多酚(TP)、氧化石墨烯(GO)和聚乙烯醇(PVA)按比例混合冷却后制得水凝胶微球,然后将其加入聚天冬氨酸酯(PAE)中,通过混合低温原位交联技术制得TGPG/PAE复合涂层。

该复合涂层具有优异的耐腐蚀性,低频阻抗模量(|Z|0.01Hz)从9.3×108增加到5×109Ω⋅cm2,浸泡28天后仍能保持稳定性能。经过1000h的盐雾测试,该复合涂层未观察到缺陷。该复合涂层还具有高效的光-水触发自修复性能,在无需外部加热的情况下迅速恢复表面完整性和防腐性能。自修复后,阻抗模量恢复到1×109Ω⋅cm2以上,稳定在约8×109Ω⋅cm2。此外,该复合涂层还提高了机械强度、柔韧性和附着力,同时不影响耐久性。因此,本研究为智能防护涂料提供了一个环保、多功能平台,在海洋防护、工业基础设施和柔性电子等领域具有广阔的应用前景。



涂层的制备













自修复防腐生物基凝胶微球/PAE涂层的制备。


数据来源与出处


 

相关研究成果以“Bio-Based Self-Healing Anti-Corrosion Coating with Gel Microspheres via One-Step In-Situ Crosslinking”为标题发表在《Journal of Colloid And Interface Science》上。

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