Page 105 - 腐蚀与防护2024年第十一期

沈天立, 等: 金属表面自预警涂层的制备与性能研究进展

显亮黄色。 层在空气中发生机械损伤时, 可以在几分钟内出现
2.3 机械损伤触发性能 清晰的蓝色局部荧光信号。 CHEN 等 [ 41 ] 将荧光指
机械损伤触发性能是指涂层在环境应力下( 如剪 示剂 AIE g en加入微胶囊再嵌入聚合物基质中制备
切力, 压力和拉伸力等) 损伤, 并产生可见的预警信 了自预警涂层, 当涂层发生机械损伤时, 可立即观察
号。一般在聚合物涂料中集成了负载显色指示剂或 到荧光, 并且在涂层动态愈合过程中可以清楚地看
荧光探针的微胶囊, 当涂层受到机械损伤( 包含自然 到荧光强度和颜色的双重信号变化( 荧光越强损伤
或人工损伤) 后, 显色指示剂或荧光探针会从涂层或 越严重), 以此来动态监测损伤愈合过程。此外,
微胶囊中流出, 在外界环境刺激下( H 、 金属离子、 紫 ZHENG 等 [ 31 ] 以 CVL为机械触发指示剂制得自预
p
外线等) 发生颜色变化或显示荧光现象 [ 31 , 39-40 ] 。 警涂层, 在剪切力、 压力和拉伸力下, 破损释放 CVL
ROBB等 [ 10 ] 以 AIE 为荧光指示剂, 加入聚氨酯 与 SiO 2 反应, 受损区由无色变为蓝色。
聚脲 醛 微 胶 囊, 制 备 了 1 , 1 , 2 , 2- 四 苯 基 乙 烯 将金属表面自预警涂层的性能进行归纳总结,
( TPE ), 并在环氧涂层中加入10%的微胶囊。当涂 如表2所示。
表2 金属表面自预警涂层性能

Tab.2 Pro p ertiesofselfwarnin g coatin g sonmetalsurface
性能 显色剂、 荧光探针或环境应力 刺激响应 颜色变化
百里酚蓝 酸性呈粉红色、 碱性呈
显色性能 p H 、 Fe 等
2+
1 , 10- 邻菲咯啉 -5- 胺( APhen ) 蓝紫色呈鲜艳的红色
苯基荧光酮( PF ) 荧光淬灭
荧光性能 螺旋[ 1H- 异吲哚 -1 , 9'- [ 9H ] 黄烷] -3 ( 2H ) -1 , 3' , 铝离子、 p H 等 黄色荧光;

6'- 双( 二乙基氨基) -2- [( 1- 甲基亚基) 氨基]( FD1 ) 亮橙色荧光
蓝色荧光;
机械损伤触发性能 剪切力, 压力和拉伸力 p H 、 金属离子、 紫外线
由无色变为蓝色

减少, 释放出氢氧离子, 当铁或铜制材料发生腐蚀
3 自预警涂层的预警机理
时, 会改变腐蚀区周围 p H , 因此可用 p H 指示剂来
上述金属表面自预警涂层的性能, 分别为显色 检测是否发生腐蚀。
性能、 荧光性能和机械损伤触发性能, 其对应的机理 3.2 荧光机理
分别为显色机理、 荧光机理和机械损伤触发机理。 金属腐蚀是一个电化学过程, 涉及金属表面和
3.1 显色机理 水电解质溶液之间的电子转移。通常, 腐蚀有两个
在腐蚀环境中, 由于分子结构的变化而改变颜 过程: 阳极区域的金属氧化, 可能发生水解反应, 导
色的化学物质可以作为显色指示剂。其颜色可以通 致局部金属离子积聚和酸化; 阴极区域的氧气和水
过酸 度 / 碱 度 变 化 [ 31 , 42-43 ] 或 金 属 离 子 相 互 作 减少, 导致局部碱化。荧光机理主要为荧光探针与
用 [ 28 , 44-46 ] 来改变, 主要的显色指示剂包括 p H 指示 金属腐蚀过程中产生的氢离子或氢氧根离子、 或与
剂和金属离子指示剂 [ 14 ] 。 金属离子反应引起的荧光现象来实现早期腐蚀监
LI 等 [ 47 ] 报告了一种基于 2' , 7'- 二 氯 氟 脲 素 测。荧光机理示意图如图1所示。
( DCF ) 的自预警涂层, 该涂层通过 DCF 和环氧基 卫元坤等 [ 50 ] 以8- 羟基喹啉为荧光探针, 以金属
体中剩余胺之间的着色效应, 提供了裂纹的现场 有机骨架 ZIF-8为纳米容器, 在铝制品表面制备自
视觉指示。当涂层被划伤、 磨损或压缩破坏时, 在 预警涂层。该涂层经过一定时间的浸泡后, 能够在
裂纹区域可以观察到鲜艳的红色, 检测分辨率可 划痕处显示出均匀的荧光点, 其荧光机理为: 当铝制

达10 μ m 。 品表面发生破损时, 涂层中的8- 羟基喹啉会与破损
邵健帅等 [ 48 ] 以 p H 触发释放的微囊体为显色 表面的 Al 发生螯合反应, 从而产生荧光, 起到自
3+
剂, 在中部被铜包裹的钢铁制品表面制备了自预警 预警功能。
涂层。结果表明, 暴露部分钢铁制品变为酸性, 涂层 朱力华等 [ 51-53 ] 以罗丹明 B 酰肼为荧光探针, 将
呈黄色, 而外包铜条为碱性, 涂层呈紫色。由于氧气 带有罗丹明 B 酰肼的氧化锌微球加入到环氧树脂

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