[发明专利]一种损伤感知腐蚀预警智能涂层材料及其应用

说明书

本发明涉及一种损伤感知腐蚀预警智能涂层材料及其应用，属于防腐涂层材料领域。包括具有荧光效应的金属有机框架材料和疏水树脂，具有荧光效应的金属有机框架材料优选为Zr‑MOF、Tb‑MOF或Zn‑MOF，疏水树脂优选为丙烯酸树脂、环氧树脂或氟碳树脂。当涂层损伤部位未到达金属基底时，金属有机框架材料与环境介质接触，发出一种颜色的荧光；当涂层损伤部位到达金属基底时，金属有机框架材料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。

技术领域

本发明属于防腐涂层材料领域，更具体地，涉及一种损伤感知腐蚀预警智能涂层材料及其应用，尤其涉及一种基于金属有机框架材料作为填料的损伤感知腐蚀预警智能涂层及其应用，特别涉及一种基于金属离子荧光响应性金属有机框架材料作为填料的损伤感知腐蚀预警智能涂层及其应用。

背景技术

金属具有优良的力学性能，在航空航天等工业领域得到了广泛的应用。但是，随之带来的腐蚀问题也引起了人们的广泛关注。金属腐蚀使得金属材料的综合性能降低，给国民经济带来了巨大的损失。目前，最常见的金属腐蚀防护策略之一是利用表面涂层技术，避免金属基底与腐蚀介质接触，其中环氧涂层具有较强的附着力、强度高、化学性质稳定等优点，已经成为金属表面应用最广泛的防腐涂层之一。然而，当涂层长期暴露于恶劣环境中，在热循环、日光照射和腐蚀性化学物质的影响下，防腐性能也会降低，即使在很小的范围内，涂层的损伤也不可避免地加速金属腐蚀，但涂层下面金属的腐蚀早期很难用肉眼观察到，如果不及时采取措施，就会造成巨大的损失。因此，腐蚀的早期检测具有重要的意义。

目前，已有一些检测技术用于金属腐蚀检测，如：涡流检测、超声检测、热像显示等。但这些技术仅仅停留在物理层面检测金属腐蚀后产生的微小缺陷。相比之下，涂层中加入具有荧光特性的指示剂得到的自预警涂层具有更大的优势，通过荧光颜色的变化来检测涂层损伤和金属腐蚀部位，可以在金属结构破坏前发出预警信号，便于及时采取措施，避免金属进一步腐蚀。

金属有机框架(Metal-organic frameworks，MOFs)是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。MOFs中金属离子、有机配体、金属-有机电荷转移以及发光客体分子都能产生荧光，具有丰富的发光来源及能量转移过程，这种具有荧光特性的MOFs更多地用于生物细胞或污水中目标分子/离子的检测，目前却很少在防腐涂层中用于涂层损伤与金属早期腐蚀检测。基于此，开发基于MOFs的损伤感知智能涂层用于涂层损伤与金属早期腐蚀检测极具现实意义。

发明内容

本发明解决了现有技术中金属涂层无法对金属腐蚀发出预警，提供了一种基于金属有机框架填料的损伤感知智能涂层材料，包括具有荧光效应的金属有机框架材料和疏水树脂。本发明制备的损伤感知智能涂层既具有优异的防腐蚀性能，又可以根据涂层荧光颜色的不同实时监测涂层损伤与金属腐蚀情况。

根据本发明第一方面，提供了一种基于金属有机框架材料的涂层材料，包括具有荧光效应的金属有机框架材料和疏水树脂。

优选地，所述具有荧光效应的金属有机框架材料为Zr-MOF、Tb-MOF或Zn-MOF。

优选地，所述疏水树脂为丙烯酸树脂、环氧树脂或氟碳树脂。

优选地，所述金属有机框架材料粒径为100nm-500nm。

优选地，所述涂层中金属有机框架材料质量占比为0.5％-10％。

根据本发明另一方面，提供了任一所述的基于金属有机框架材料的涂层材料用于损伤感知和/或腐蚀预警涂层的应用，根据涂层荧光颜色的不同检测涂层损伤与金属腐蚀部位，从而指示涂层损伤和/或预警金属腐蚀的发生。

优选地，所述应用具体为：将所述基于金属有机框架材料的涂层通过刮涂、旋涂或喷涂方式均匀涂覆在金属材料表面，再进行固化。