基于软硬杂化结构设计多功能涂层实现Q235钢的耐腐蚀、耐候与自修复一体化防护

本研究通过创新性"软-硬"杂化架构（环氧树脂EP/聚氨酯PU），引入Diels-Alder动态键与功能化氮化硼（BN），成功研制出兼具高疏水性（114°）、优异韧性（43 MJ·m?3）和卓越防腐性能（28天浸泡后阻抗达5×107 Ω·cm2）的智能涂层，为极端环境下的金属防护提供了突破性解决方案。

　　

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Materials

氢氧化钾、2-乙酰吡啶、4-溴苯甲醛、氨水（NH₃·H₂O, 25%–28%）、甲氧基乙醇、γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、马来酸酐、乙二胺、氮化硼（BN）、氯化锌、氯化亚铁、六甲基二硅氮烷、乙二胺四乙酸和氯化亚铜购自上海麦克林生化有限公司。环氧树脂（E51）由厦门百安兴新材料有限公司提供。聚四氢呋喃醚二醇（PTMEG, M_n = 1000 g·mol^?1）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、二羟甲基丙酸（DMPA）、二月桂酸二丁基锡（DBTDL）、4′-(对乙二胺苯基)-2,2′:6′,2″-三联吡啶（EA-TPy）、端羟基聚二甲基硅氧烷（PDMS-OH）和2-呋喃甲醇均来自阿拉丁试剂有限公司。Q235钢片（50 mm × 25 mm × 0.5 mm）由厦门同安金属材料市场提供。

Characterization of TMBN

通过FTIR光谱确认单体和改性填料的结构。在BN的FTIR谱图（图3a）中，B–N键的面内伸缩振动和面外弯曲振动峰分别出现在770和1336 cm^?1。与BN谱图相比，羟基化BN（OBN）在3198 cm^?1处出现显著羟基峰，表明BN已成功羟基化。在马来酸酐改性BN（TMBN）的谱图中出现马来酸酐羰基特征峰，初步证实改性成功。XPS分析进一步验证了TMBN的化学结构：B 1s光谱显示B–N（190.5 eV）和B–O（191.4 eV）键的存在，N 1s光谱中398.4 eV和399.3 eV分别对应B–N和C–N键，而O 1s光谱中531.8 eV和532.7 eV分别归属于B–O和C=O键。这些结果充分证明马来酸酐成功接枝到BN表面。

Conclusions

以TMBN为填料，成功制备出集成"硬质"环氧树脂（EP）和"软质"聚氨酯（PU）的多功能复合涂层。PUSi3FET3BN涂层样品展现出卓越的防腐性能、耐候性和自修复能力。本研究系统探讨了PDMS-OH和ET含量对疏水性和机械性能的影响。TMBN的引入进一步提升了样品综合性能。PUSi3FET3BN的韧性达到43 MJ·m^?3，疏水角为114°，在3.5 wt% NaCl溶液中浸泡28天后仍保持5×10⁷ Ω·cm²的高阻抗值。此外，该涂层表现出优异的紫外老化抵抗性，损伤样品在100°C下60分钟即可完成自修复。这项巧妙的策略为开发多功能涂层，特别是用于极端恶劣环境设备防护提供了宝贵见解。