抗金属腐蚀的多响应型纳米复合纤维的设计制备及机理研究

The enormous economic loss and safety hazards make corrosion a critical issue to the society. The wanted system for corrosion protection is the one able to detect the occurrence of corrosion and release its self-healing agents or corrosion inhibitors upon the signal of corrosion at the corroded sites..The motivation of this project is to design stimuli-responsive carrier system loaded with corrosion inhibitors and self-healing agents. The signals used to trigger the release, usually the change of pH or redox potentials at the corroded sites, however, are easily influenced by the environment that the metallic system located in. Therefore, to design a carrier system that can efficiently perceive corrosion is of great importance..Herein, using electrospinning technique, nanocapsules with pH-responsiveness (based on carboxyl groups) or redox-responsiveness (based on disulfide bonds) can be loaded into a nanofiber system. The obtained composite nanofibers then possess functions from different nanocapsules and are able to respond to different triggered signals (pH and redox) and release multiple encapsulated agents. These nanocarriers-in-nanofibers system is then a more efficient system for anticorrosion since it gains more possibility to detect corrosion signals and respond itself correspondingly.

金属的腐蚀每年给全世界带来数以亿计的经济损失和安全隐患。一个优化的抗腐蚀体系应该是能够感应腐蚀的发生，快速释放抗腐蚀剂以阻止腐蚀蔓延，并对已经腐蚀的金属进行修复的智能体系。.利用金属腐蚀过程中出现的信号变化（pH和氧化还原信号）作为刺激源可以设计对腐蚀具有响应性的纳米载体。但是腐蚀产生的信号容易受周围环境的影响，因此制备一种多响应多包载的智能纳米体系来提高其对腐蚀的感知和抑制效果非常重要。此申请项目拟制备含羧基等具有pH响应性和含二硫键等具有氧化还原响应性的纳米载体，包载3-硝基水杨酸和活性端基修饰的聚二甲基硅氧烷等抗腐蚀剂和修复剂。利用静电纺丝技术将这些纳米载体复合到聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮等纳米纤维中，使制备的复合纤维同时获得多种纳米载体的功能，即对环境的pH或氧化还原响应性及释放抗腐蚀剂和修复剂的能力，为高效金属防护体系的开发拓宽思路。

金属的腐蚀每年给全世界带来数以亿计的经济损失和安全隐患，因此金属防护体系的设计开发意义重大。金属腐蚀时一般伴有pH值和氧化还原电位的变化，设计多响应多包载的复合纳米体系可使其对腐蚀有更全面的检测和抑制效果。..本项目围绕如何设计能更高效地感应腐蚀信号的金属防护体系为中心研究内容，主要展开了以下三方面的研究工作：①设计制备了一系列具有pH响应性或氧化还原响应性的纳米载体，如包载抗金属腐蚀剂的氧化还原响应型聚苯胺纳米胶囊、含四硫键的二氧化硅纳米胶囊，具有pH响应性的二氧化硅纳米胶囊，并对其在微环境调控下释放包载的抗腐蚀分子进行研究，实验结果表明，这些纳米载体可以实现在不同pH值或氧化还原信号刺激下快速释放所包载抗腐蚀分子，为金属防护体系的设计提供了实验基础；②设计制备了具有pH响应性的一维纳米纤维并包载小分子抗腐蚀剂，这些一维纳米纤维可实现对包载抗腐蚀剂分子的响应型释放，并且通过调节纳米纤维基体中响应单元的比例可以实现不同程度的可控释放行为；③将不同响应型的纳米载体与一维纳米纤维通过静电纺丝方法进行复合，制备得到具有多重响应多重包载的智能纳米体系，并对其在不同信号控制下的响应型释放行为进行了研究，实验结果表明，包载抗腐蚀剂的多响应复合纳米纤维可实现在不同单独刺激信号，如pH值或还原信号下的释放，也可以实现双重刺激信号下抗腐蚀分子的快速释放。此外，通过静电纺丝方法将包载了抗腐蚀分子的纳米纤维直接涂覆在金属表面形成防护涂层，初步实现了对腐蚀响应的金属防护体系制备。..以上研究结果为设计开发具有高效、高稳定性的金属防护体系提供了良好的实验支撑和科学依据。