聚多巴胺包覆磷酸锌复合材料的动态自修复与缓释抑蚀性能研究

《Surfaces and Interfaces》：Dynamic Self-Healing and Delayed Inhibitor Release Function of Zinc Phosphate@Polydopamine Composite

本文报道了一种通过原位聚合法制备的聚多巴胺（PDA）包覆磷酸锌（ZP）复合材料，其兼具优异腐蚀抑制性与动态自修复功能。PDA作为过渡层提升了涂层相容性与致密性，腐蚀生成的OH?触发PDA解聚以清除活性氧（ROS）并修复损伤，同时延缓ZP缓释。电化学测试表明，ZP@PDA涂层在3.5 wt.% NaCl中浸泡168 h后阻抗值达3.3 kohm·cm2，为环氧树脂的2.95倍，最大缓蚀率提升82.11%。该研究为长效智能防腐涂层开发提供了新策略。

　　

材料与方法

磷酸钠（Na₃PO₄）、六水合硝酸锌（Zn(NO₃)₂·6H₂O）、盐酸（HCl（水溶液））由国药集团化学试剂有限公司提供。盐酸多巴胺（C₈H₁₁NO₂·HCl）与三（羟甲基）氨基甲烷（NH₂C(CH₂OH)₃）购自上海麦克林生化科技有限公司。环氧树脂（(C₁₁H₁₂O₃)n）与聚酰胺固化剂（C₅H₁₁N₃OR）由广德汇龙涂料工业有限公司提供。所购化学品均为分析纯。

结构与组成分析

X射线衍射图谱揭示了ZP和ZP@PDA的晶体学特征。如图1a所示，ZP的所有布拉格峰位置均对应于正交晶系Zn₃(PO₄)₂·4H₂O，无杂质峰。2θ=9.65°处（020）晶面衍射峰强度较低，表明该取向生长有限，可能是结晶时间不足所致。ZP@PDA复合材料的XRD图谱以磷酸锌相为主，但PDA的包覆导致衍射峰强度普遍降低，表明PDA成功修饰了ZP微片表面。

EIS分析

通过电化学阻抗谱监测涂层在3.5 wt.% NaCl溶液中的腐蚀行为。各涂层根据填料命名为EP、EP/ZP、EP/PDA和EP/ZP@PDA。Nyquist图反映涂层在浸泡过程中的阻抗变化：EP/ZP@PDA涂层在168 h后阻抗模量最高，表明其防腐性能最优。等效电路拟合显示，ZP@PDA涂层的电荷转移电阻显著高于其他组，证明PDA包覆有效延缓了腐蚀介质渗透。

涂层表面性能提升

Zeta电位反映颗粒在分散体系中的带电特性。与ZP颗粒相比，ZP@PDA的Zeta电位绝对值降低，表明抑蚀颜料更易在基底表面沉积形成吸附保护膜。分子间斥力减小使ZP@PDA分子排列更紧密，提升了涂层致密性。接触角测试显示ZP@PDA涂层疏水性增强，进一步阻隔水分渗透。

结论

本研究通过原位聚合法合成聚多巴胺包覆磷酸锌微米片，实现了腐蚀不同阶段的“物理屏障-动态修复-抑制剂释放”多功能协同。PDA的pH响应特性赋予涂层自修复能力，其降解后暴露的ZP发挥缓蚀作用，为金属长效防护提供了创新解决方案。