pH响应型埃洛石纳米材料的制备及其性能研究

发布时间：2020-07-09 10:51

【摘要】：随着金属材料在生产生活中的广泛使用,金属腐蚀损耗的问题也日益严重,其中金属防护技术的研究得到了越来越多的关注。在传统的金属防护手段中物理涂层和缓蚀剂最为常见,两者都能起到良好的防护效果但各有缺陷。物理涂层长期暴露在空气和腐蚀介质中,易受到机械破坏而使得涂层剥落露出金属基底,加速了金属的腐蚀速率,而缓蚀剂不能在流动的腐蚀介质中持续发挥效果。针对以上两种方法的不足,一种具有pH响应功能的复合材料被研究者们提出。研究者们选用合适的纳米容器,将缓蚀剂装入容器中混合在涂层里,以金属发生腐蚀时pH的改变为刺激信号使得缓蚀剂从纳米容器释放出来达到防护的效果。本文以埃洛石纳米管(HNTs)为载体,以L-缬氨酸(L-Val)和2-巯基苯并噻唑(MBT)为客体分子,通过不同方法制备了两种pH响应材料并进行多种性能测试,并得出以下结论:(1)通过层层自组装法(LbL)制备了MBT/HNTs pH响应材料。SEM和TEM测试表明HNTs具有特殊的中空腔体结构,可以作为优良的纳米容器。通过TGA分析可知,在真空负载法下HNTs对MBT的负载率达到7%。用聚丙烯酸盐酸盐(PAH)和聚苯乙烯磺酸钠(PSS)对HNTs进行包覆,通过FT-IR和UV-vis发现PAH和PSS对HNTs有着良好的封装效果,当组装时间为5 min,NaCl浓度为0.5 mol/L,聚电解质浓度4 mg/mL时成膜质量最好。紫外可见光谱测试显示在不同的pH环境下,MBT/HNTs材料显示出优良的pH响应特征,在120 h内pH=6.5时MBT的释放率为7%,pH=2.9和pH=10时释放率分别为85%和94%。(2)利用L-Val和HNTs之间等电点的差异制备了L-Val/HNTs pH响应材料。Zeta电位仪测得L-Val等电点为6.0,HNTs为3.0。TEM和FT-IR测试表明L-Val不仅负载在HNTs管内还吸附在其外表面。TGA测试计算出HNTs对L-Val的负载率高于MBT达到12%。在pH响应测试中,L-Val的释放速率远高于MBT,在300 min内pH=5时其释放率为15.4%,pH=2和pH=10时释放率分别为83%和98%。(3)极化曲线测试表明,在常温下缓蚀剂MBT和L-Val对铜有着良好的缓蚀效果,最佳浓度均为20 mM,缓蚀效率分别为99.76%和70.36%。将MBT/HNTs和L-Val/HNTs pH响应材料分别混合入环氧树脂中制备成具有自修复功能的涂层,并与纯环氧树脂涂层试样对比。通过人工划痕实验发现,两种自修复涂层试样的防腐性能要优于纯环氧树脂试样,而掺杂L-Val/HNTs涂层的性能最好。在质量分数为3.5的NaCl溶液中浸泡96 h后,涂层阻抗从5.8×10~4下降到2.1×10~4Ω,电容从2.2×10~(-5)上升到5.9×10~(-5) F cm~(-2)。本实验结果表明两种新材料均具有pH响应特性,使得涂层具有优良的自修复功能。由于L-Val的释放速率较快,在实际性能测试中L-Val/HNTs材料的自修复能力更好。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1
【图文】：

pH 响应型埃洛石纳米材料的制备及其性能研究基团和马来酰亚胺基团，4-arm-PEG-SH 与 DEX-SH 包含巯基功能基团。先将 4-arm-PEG-SH 与DEX-SH 修饰到介孔二氧化硅表面，同时因为巯基基团和马来酰亚胺基团可以通过化学键相连接，再将 4arm-PEG-Mal 修饰到介孔二氧化硅外表面第二层，以此顺序交替累积从而达到层层包覆的效果[25]。当该物质体系受到特定波长的光照时，硝基苄基光响应基团发生光解反应，使得二氧化硅纳米容器外表的包覆物质崩解露出介孔通道，最后达到客体负载分子释放的目的。

当该物质体系受到特定波长的光照时，硝基苄基光响应基团发生光解硅纳米容器外表的包覆物质崩解露出介孔通道，最后达到客体负载分子释放图 1.1 MSN-LBL 介孔二氧化硅纳米颗粒光响应释放原理图[24]以介孔二氧化硅纳米颗粒作为纳米容器，Lin 等[26]没有采用传统的层层自组 所示，他们以金纳米颗粒为封堵分子密封在纳米容器孔道口处，并预先对金化处理形成 PR-AuNPs。经 Zeta 测试得出在中性水溶液中，PR-AuNPs 表面氧化硅表面为负电，通过静电吸附作用 PR-AuNPs 可成功地作为纳米容器的了 LbL 繁琐的过程。当该物质受到 365 nm 的光照后，修饰在 PR-AuNPs 上其表面电荷属性使得封堵分子和纳米容器同电相斥，从而打开介孔实现光响

图 1.3 trans-水凝胶和 cis-水凝胶光响应释放原理图[27]应型纳米材料材料是指该材料对温度的变化具有敏感性，温度变化时该功能实现目标功能。目前，温度响应型材料在病理学尤其是癌症定际应用。研究者们通常选择具有容器结构的纳米粒子作为主要质，如 DNA、多肽或特殊聚合物等，将其修饰在载体表面封堵放的功效。型材料制备中，最常用到修饰物质是聚 N-异丙基丙烯酰胺（P感性而被广泛的设计在温度响应型体系中。聚 N-异丙基丙烯 32 ℃，与人的正常体温相接近，可以很好的运用在医疗靶向给过添加亲水或亲油物质来调节，以满足实际情况的功能需求[29PNIPAM 可以大量吸收客体分子的水溶液，展现出有优良的亲；当外界温度持续降低时，PNIPAM 由亲水性变为疏水性，总1.4 所示，You 等[31]就利用上述性质将 PNIPAM 修饰的介孔二

【参考文献】

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本文编号：2747348