聚乙二醇功能化沸石咪唑酯骨架材料的合成及其在水性自修复防腐涂层中的应用

作     者：于建乐 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李国良;王玉凤

授予年度：2024年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：沸石咪唑酯骨架材料 聚乙二醇 后功能化修饰 水性自修复防腐 

摘      要：金属腐蚀导致了严重的资源浪费和环境污染,有机涂层作为有效的防腐策略受到广泛应用,然而传统涂层出现损伤后即失去对金属的保护功能。基于此发展的自修复防腐体系可通过响应环境变化自发修复涂层损伤并恢复防腐功能,其中,添加响应型微/纳米容器是赋予涂层自修复防腐性能的直接手段。然而所开发的微/纳米容器多应用于溶剂型涂层,相比之下,水性涂层具有绿色环保、无毒无害的优点,因此开发水分散性纳米粒子并应用于水性自修复防腐领域仍然是一个挑战。本论文采用功能化修饰的方法,向沸石咪唑酯骨架材料（ZIF）中引入亲水性聚乙二醇（PEG）链,以开发基于ZIF的水分散性纳米粒子,所形成的水性自修复防腐体系用于酸性环境下的金属防腐,同时对自修复防腐机理进行探讨。 首先,以苯并咪唑和2-氨基苯并咪唑为有机配体合成了氨基功能化ZIF纳米粒子（ZIF-7-NH2）。采用后功能化修饰的方法,通过ZIF-7-NH2的氨基与甲氧基聚乙二醇环氧乙烷的环氧基团发生开环反应,制备了一种新型聚乙二醇功能化ZIF纳米粒子（ZIF-7@PEG）。该材料保持初始的形貌尺寸、晶体结构及p H-响应性,强酸环境下缓蚀剂累积释放量超80 wt.%,中性条件下低于5 wt.%,避免活性组分提前失活。同时,ZIF-7@PEG在水中的多分散系数为0.082,分散48 h后仍具有稳定的流体动力学直径,显示出增强的水相分散性和胶体稳定性。 其次,将已合成的ZIF-7@PEG分别引入水性丙烯酸涂层和水性聚氨酯涂层制备了以ZIF-7@PEG为外援型纳米粒子的水性自修复防腐涂层。ZIF-7@PEG在水性涂层中分散均匀且与涂层基质具有良好的相容性,避免破坏涂层阻隔性能;涂层中的ZIF-7@PEG快速响应酸性腐蚀环境释放有机配体吸附于金属表面,以隔绝金属与腐蚀介质,表现出优良的自修复防腐性能,在水性自修复防腐体系中具有广泛适用性。 本论文制备的水分散性纳米粒子在水性涂层中具有良好的分散性和相容性,并且赋予水性涂层优良的长期自修复防腐性能,为制备适用于水性涂层且具有长期自修复防腐性能的快速智能响应纳米粒子提供了设计思路。