基于DCPD-TEA/PUF纳米胶囊的智能自修复防腐涂层在碳钢防护中的创新应用

推荐：研究人员针对碳钢易腐蚀问题，开发了以双环戊二烯(DCPD)为修复剂、三乙醇胺(TEA)为缓蚀剂的聚脲甲醛(PUF)纳米胶囊环氧涂层。通过原位聚合法合成纳米胶囊，3%浓度涂层使腐蚀电阻从708.2Ω提升至2590Ω，24小时内实现自修复。该研究为工业设备长效防腐提供了新策略。

　　

腐蚀是工业和自然环境中最具破坏性的问题之一，每年造成巨额经济损失。传统聚合物涂层虽能提供基础防护，但无法阻止微裂纹扩展导致的失效。更棘手的是，机械损伤后的重复腐蚀问题长期缺乏有效解决方案。在此背景下，自修复材料成为研究热点，其中微/纳米胶囊技术通过"按需释放"修复剂展现出独特优势。然而，现有技术多聚焦单一修复功能，对腐蚀抑制协同机制研究不足。

为解决这一难题，研究人员开展了基于双环戊二烯(Dicyclopentadiene, DCPD)和三乙醇胺(Triethanolamine, TEA)共封装聚脲甲醛(Poly(urea-formaldehyde), PUF)纳米胶囊的智能涂层研究。这项创新性工作发表在《Heliyon》期刊，首次将修复剂与缓蚀剂协同封装，实现了损伤修复与腐蚀防护的双重功能。

研究采用原位聚合法制备PUF纳米胶囊，通过场发射扫描电镜(FESEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征胶囊形貌与化学结构。将不同浓度(1-3%)纳米胶囊掺入环氧树脂，涂覆于1.5mm厚碳钢试样(1.5×1.5 cm²)。采用电化学阻抗谱(EIS)、塔菲尔极化和3.5% NaCl浸泡试验评估防护性能，并建立等效电路模型分析腐蚀机制。

4.1 形貌分析
FESEM显示纳米胶囊呈球形结构，平均粒径均匀分布。3%浓度样品在划痕24小时后呈现显著修复效果，而纯环氧涂层则出现明显腐蚀扩展。动态光散射证实胶囊在pH 3.5、55°C条件下稳定性最佳。

4.2 FTIR分析
特征峰3350 cm^-1(N-H/O-H)和1650 cm^-1(C=O)证实PUF壳层形成，968 cm^-1处的DCPD特征峰与1050-1100 cm^-1的TEA醇基振动峰，共同验证了有效共封装。

4.3 电化学性能
3%纳米胶囊涂层使电荷转移电阻(R_ct)达2590 Ω·cm²，较纯环氧(708.2 Ω·cm²)提升265%。塔菲尔测试显示腐蚀电流密度(I_corr)从4.17×10^-5 A/cm²降至1.08×10^-5 A/cm²。值得注意的是，48小时后阻抗回升，证实TEA缓蚀剂形成了钝化膜。

4.4 浸泡试验
15天浸泡显示，3%纳米胶囊样品划痕区域腐蚀面积较纯环氧减少83%，验证了长期防护有效性。

这项研究开创性地将DCPD与TEA协同封装，突破了传统自修复材料功能单一的局限。通过精确调控PUF壳层脆性，实现了损伤触发式双重保护：DCPD通过开环易位聚合修复物理损伤，TEA则在金属表面形成分子级防护层。3%的优化浓度既保证修复效率，又避免机械性能损失。该技术为海洋工程、石油管道等严苛环境下的金属防护提供了新思路，其模块化设计理念也可拓展至其他功能涂层体系。

工业转化仍需解决甲醛排放控制、大规模胶囊均质化等技术瓶颈，但该研究无疑为智能防腐材料发展树立了新标杆。未来可探索生物基修复剂替代DCPD，或开发多重响应型胶囊系统，进一步提升环境友好性和服役寿命。