[发明专利]一种层层自组装pH响应型二氧化硅纳米容器及其制备和在复合硅烷膜中的应用

说明书

本发明涉及一种层层自组装pH响应型二氧化硅纳米容器及其制备和在复合硅烷膜中的应用，该纳米容器的制备方法为：首先用十六烷基三甲基溴化铵、去离子水、乙醇、正硅酸乙酯和氨水混合，离心得到固相后，通过煅烧的方式得到中空二氧化硅纳米颗粒；将分散的粉末与苯并三唑溶液混合，用真空泵反复抽空，得到负载缓蚀剂的颗粒；通过LbL的方式在所得颗粒外层沉积聚电解质外壳，得到层层自组装pH响应型二氧化硅纳米容器。将所得样品加入BTSE、KH‑560混合硅烷溶液中加以应用。本发明制备的复合硅烷膜具有潜在自愈合的作用，相较于传统的金属防腐用剂，毒性低，生产过程污染性小，绿色环保。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种层层自组装pH响应型二氧化硅纳米容器及其制备和在复合硅烷膜中的应用。

背景技术

腐蚀是人类自开始使用金属物体以来一直试图了解和控制的一个极其重要的问题。材料腐蚀降解过程不仅非常复杂，而且蕴含着巨大的经济意义。铝合金因其最佳的重量和强度而广泛应用于飞机工业，并且由于其形成天然的、惰性的和保护性的氧化层而表现出抗普遍腐蚀的能力。但由于其含有金属间夹杂物，易发生局部点蚀，从而破坏合金的结构完整性。目前，它的腐蚀保护是通过沉积前处理、底漆和面漆层来完成的。最有效的缓蚀作用广泛依赖于保护涂层中所含的六价铬化合物。然而，铬酸盐和其他含铬化合物由于其有毒和致癌的特性，在世界范围内的使用受到了限制，这需要寻找环境友好并且能表现出高性能的腐蚀保护的替代品。。

溶胶-凝胶法制备的无机保护涂层，具有良好的缓蚀性能，硅烷和硅氧烷基薄膜不仅对金属基材和有机表面涂层具有良好的附着力，而且由于其致密的-Si-O-Si-网络，具有良好的阻隔性能。但在涂层中存在微裂纹或小缺陷时，其无法防止侵蚀物质向金属表面的渗透。纳米颗粒的加入可以减少保护膜形成孔洞和裂纹的趋势，有助于形成腐蚀的被动阻碍。该方法还可以提高硅烷层的机械稳定性和厚度。然而，这些系统仅作为被动物理屏障，在涂层局部失效的情况下，不能积极地阻止腐蚀蔓延。

在溶胶-凝胶涂层中添加无机或有机缓蚀剂是一种可行的方法，可以在防护层受损时降低腐蚀速率，从而获得主动的自愈合性能。然而，抑制剂浓度过高或溶解度不理想会降低涂层基体的完整性和物理阻隔性能。因此，控制缓蚀剂的释放速率具有重要意义。

为了满足不同场合的特殊要求，越来越多地采用缓蚀剂的包覆技术来控制缓蚀剂的释放速率。人们提出、研究和利用了许多包覆技术，包括乳液聚合包覆、聚电解质自组装技术、多孔金属氧化物吸附技术等方法。这些包埋方法的主要思想是将缓蚀剂分子负载到微胶囊或纳米容器中，其释放过程主要是扩散控制的。上述现有技术不仅存在操作步骤繁琐复杂的缺点，还存在对涂层的稳定性具有一定负面影响的可能。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种层层自组装pH响应型二氧化硅纳米容器及其制备和在复合硅烷膜中的应用，以实现对多种金属的长期腐蚀保护等。

本发明通过对二氧化硅纳米微容器进行缓蚀剂的负载，通过LBL的方式将缓蚀剂封装，使涂层具有自愈合的性能，在金属的防腐应用中起到积极的作用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种层层自组装pH响应型二氧化硅纳米容器的制备方法，包括以下步骤：

(1)取去离子水、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和乙醇搅拌混合，再加入正硅酸乙酯(TEOS)，搅拌反应一段时间，向所得溶液中加入氨水，提供碱性环境，在室温下反应一定时间后，离心收集固相，洗涤干燥后，煅烧得到中空介孔二氧化硅纳米颗粒；

(2)将中空介孔二氧化硅纳米颗粒加入到苯并三唑(BTA)溶液中，超声分散，搅拌一定时间后，抽真空过夜，离心收集固相，得到负载缓蚀剂的二氧化硅颗粒纳米颗粒；