静电纺丝纤维涂层对金属的防腐蚀效果_李思仪

为芯层材料，通过同轴静电纺丝制备了超疏水、超疏油
erful route for imparting superhydrophobicity and corrosion
纤维，同轴纺丝层对水滴接触角最大约 158°，十二烷液
resistance to aluminum substrates ［J］． American Chemical
为了提高纳 米 纤 维 与 金 属 基 体 间 的 附 着 力，可 以
使用聚四氟乙烯为壳层材料，聚 ε -己内酯（ PCL）
benzotriazole copper corrosion protection coating ［J］． International Journal of Corrosion，2012，2012： 1 ～ 10． ［6 ］ Abdal -Hay A，Barakat N A M，El -Zatahry A． Influence of electrospinning and dip -coating techniques on the degradation and cytocompatibility of Mg -based alloy ［J］． Colloids and Surfaces A： Physicochemical and Engineering Aspects， 2013，420（ 5） ： 37 ～ 45． ［7 ］ Grignard B，Vaillant A，Coninck J D，et al． Electrospinning of a functional perfluorinated block copolymer as a pow-
可将单一聚合物与缓蚀剂混纺。缓蚀剂苯并三氮 唑（ BTAH） 与尼龙混纺，其电纺结构可以用作防腐蚀屏 障，也可以作为纳米容器用于储存缓蚀剂，如纺丝液中 添加不同含量的 BTAH，在铜表面制备尼龙 6 -6 电纺纤 维层，再涂覆一层醇酸树脂清漆加强保护，在氯化铵硫 酸盐溶液中浸泡 6 周，BTAH 含量为 20% 时效果最佳， 尼龙 -BTAH 样品（ 不论是否涂覆醇酸树脂） 的阻抗模 值和噪音电阻比裸铜至少高了 1 个数量级； 电纺结构 可以阻碍活泼离子的扩散［5］。
［4 ］ Firouzi A，Gaudio C D，Lamastra F Ｒ，et al． Electrospun polymeric coatings on aluminum alloy as a straightforward approach for corrosion protection ［J］． Journal of Applied Polymer Science，2015，132（ 2） ： 1 ～ 10．
［3 ］ Sherif E M，Es -Saheb M，El -Zatahry A，et al． Coating electrospun polyvinyl alcohol and polyvinyl chloride fibers as corrosion passivation applications ［J］． International Journal of Electrochemical Science，2012（ 7） ： 6 154 ～ 6 167．
裂缝进行修补。在加热状态下，n -PCL 的形状记忆能 力将涂层裂缝拉近，熔融流动的 PCL 纤维将裂缝修补。 制备得到的涂层具有优秀的自修复能力。
［参 考 文 献 ］
［1 ］ 邹 科，龙云泽，吴佑实． 静电纺丝制备纳米纤维的进展 及应用［J］． 合成纤维工业，2007，30（ 3） ： 54 ～ 57．
coating ［J］． American Chemical Science，2013，2 （ 2 ） ： 152 ～ 156． ［9 ］ Park J H，Braun P V． Coaxial Electrospinning of Self-Heal-
静电纺丝作为制备防腐蚀涂层的新技术具有广阔 的发展前景，但仍存在一些问题： 静电纺丝纤维与基体 金属附着力不强，易剥落； 纺丝过程易受到外界温度、 湿度等因素的影响； 操作条件有限，目前难以应用于大 面积防腐蚀。
1 单一聚合物静电纺丝
聚合物通过静电纺丝制备的纤维可作为金属防腐 涂层，简单有效，如聚乙烯醇（ PVA） 纤维层，用乙二醛 对 PVA 120 ℃ 交联反应 60 min 和 150 ℃ 交联反应 15 min，3% NaCl（ 质量分数） 溶液中的电化学测试结果表 明，对于裸铝，交联后的 PVA 涂层比未交联的具有更明 显的保护作用，前者性能更佳［4］。
滴接触角约 130°，均大于 PCL 纤维层，表明制备得到的 纤维层具有优秀的疏水疏油能力［11］。该性质完全可以 用于制备防腐蚀涂层或应用于其他领域。
3 结论与展望
Society，2011，27（ 1） ： 335 ～ 342． ［8 ］ Luo X F，Mather P T． Shape memory assisted self -healing
2 核 -壳结构纤维
静电纺丝制备核 -壳结构纳米纤维可作为自愈合 涂层，涂层被 划 伤 后，核 层 的 缓 蚀 剂 得 到 释 放，从 而 起
［2 ］ Es-Saheb M，Elzatahry A A，Sherif E M，et al． A novel electrospinning application for polyvinyl chloride nanofiber coating deposition as a corrosion inhibitor for aluminum，steel and brass in chloride solutions［J］． International Journal of Elec-
种交联网状 PCL （ n -PCL） 和 一 种 高 分 子 量 线 性 PCL 可控，相比较常用的微胶囊和纳米容器结构，核 -壳结
（ l -PCL） 组成的。其中，n -PCL 具有形状记忆能力，加 构纤维可以储存更多的缓蚀剂或自愈合剂，分散性也
热状态下可使形状恢复，而 l -PCL 则作为自愈合剂对 更好，在防腐蚀涂层领域具有很大的潜力。
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静电纺丝纤维涂层对金属的防腐蚀效果
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李思仪，董玉华，周 琼 （ 中国石油大学 （ 北京） 理学院材料科学与工程系，北京 102249）
［摘 要］ 静电纺丝技术装置简单、成本低，可纺物质多、工艺可控，已在生物医用、过滤及防护、催化等领域广泛 应用。用该技术制备的直径在微米和纳米之间的纤维，可直接用作防腐蚀涂层，也用作纳米容器自愈合涂层。主 要介绍了静电纺丝在金属防腐蚀领域的应用，并指出了未来的发展方向。 ［关键词］ 静电纺丝； 腐蚀防护； 纤维涂层； 自愈合 ［中图分类号］ TG174． 4 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1001 － 1560（ 2015） 07 － 0040 － 02
分别使用静电纺丝法和浸涂技术在镁合金表面涂 覆聚乳酸（ PLA） ，发现短时间内 2 种技术均能明显提 高镁合金的耐腐蚀能力，两者的腐蚀电位明显提高，但 浸泡时间延长后，静电纺丝得到的涂层依然较为稳定， 而浸涂得到的多孔涂层则出现部分降解［6］。
使用静电纺丝技术在铝表面可以简单经济地获得 一种微米和 亚 微 米 结 构 的 氟 化 嵌 段 共 聚 物 涂 层［7］，用 于制备超疏 水 涂 层，该 二 嵌 段 共 聚 物 第 一 嵌 段 为 聚 无 规共聚物（ 全氟癸酸 -co -丙烯酸） ，即 PFDA -co -AA，第 二嵌段为聚丙烯腈（ PAN） ； 130 ℃ 退火处理后，涂层中 的含氟嵌段 通 过 降 低 表 面 能 促 进 涂 层 的 疏 水 性，含 氟 嵌段中的 羧 酸 基 团 能 使 涂 层 完 全 附 着 于 铝 表 面，PAN 嵌段则确保了涂层退火后表面结构的稳定。该涂层对 铝具有良好的附着力并具有优秀的防腐蚀性能。
具有特殊性能的聚合物静电纺丝纤维可以作为填 料添加在涂层之中为涂层增加新的性能。将电纺热塑
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性聚 ε -己内酯（ PCL） 纤维随机分散在环氧涂层中制备 丝技术为自愈合涂层的制备提供了新思路，核 -壳结构
得到一种形状记忆自修复涂层［8］。使用的 PCL 是由一 纤维涂层可以让缓蚀剂或自愈合材料的释放变得智能
［5 ］ Menchaca C，Castaneda I，Soto -Quintero A，et al． Charac-
分别将芯层材料自愈合剂二甲基硅氧烷（ DMS） 和
terization of a “smart ” hybrid varnishຫໍສະໝຸດ electrospun nylon
固化剂二甲基氢硅氧烷混入聚丙烯腈（ PAN） 溶液中， 电纺得到 2 种核 -壳结构纤维混合物用作防腐蚀涂层。 当涂层划伤后，芯层的自愈合剂和固化剂被释放，混合 反应生成聚二甲基硅氧烷（ PDMS） ，产生自愈合效应， 对金属产生保护作用［10］。将电纺沉积不同时间的试样 机械划伤，暴露在 4% NaCl 溶液和醋酸中，静电纺丝层 对钢产生了明显的保护作用，自愈合效果明显。
使用静电纺 丝 技 术 在 铝、不 锈 钢 和 铜 表 面 沉 积 得 到聚氯乙烯（ PVC） 纳米纤维层，在 3． 5% NaCl（ 质量分 数） 溶液中对其进行了循环极化曲线测试（ CPP） 和电 化学交流阻抗测试（ EIS） ，结果表明，静电纺丝纤维层 的腐蚀速率较基体明显下降［1］。在铝表 面 电 纺 制 备 PVA 纤 维 层，纤 维 直 径 为 80 ～ 100 nm，长 度 为 3 ～ 5 μm，纤维之间互相交缠后直径则为 100 ～ 199 nm； 沉积
到了自愈合作用。
trochemical Science，2012（ 7） ： 5 962 ～ 5 976．
将 2 种聚硅氧烷前驱体愈合剂（ 催化剂） 添加到串 珠形态的核层结构中，同轴电纺沉积在基体表面，愈合 剂密闭在壳层聚乙烯吡咯烷酮（ PVP） 中［9］； 在涂层被 机械划伤后核层愈合剂会释放，到达自愈。在 3． 5% NaCl（ 质量分数） 溶液中的电化学试验显示，未涂覆涂 层裸样的腐 蚀 电 流 极 高，只 涂 覆 聚 丙 烯 酸 聚 氨 酯 树 脂 （ NOA） 涂层的试样的腐蚀电流较高，而涂覆 NOA + 自 愈合电纺层的试样则表现出了优秀的自愈合性能。