长时间高能量紫外线辐照会引起树脂涂层材料老化劣化，从而导致许多金属/装备严重腐蚀问题。强紫外线环境下传统环氧树脂（EP）涂层的耐老化、抗腐蚀性能较差。环氧涂层在室外暴露在紫外线及腐蚀介质的环境，环氧树脂被高能量紫外线损伤产生自由基。环氧涂层的亲水性增加，涂层内部材料逐渐损损伤、粉化，导致腐蚀介质贯穿渗透涂层，从而产生一系列老化、腐蚀失效行为。

  针对上述问题，天津大学汪怀远教授等人利用了二维片层材料（如蒙脱土MMT）中插入的高价态铈离子（M-Ce）以原位氧化氟苯胺（PFA）来形成PFA新材料，并设计制备纳米杂交复合填料（PFAM-Ce）用来同时改善EP涂层的防腐和抗紫外线性能。复合涂层具有一定智能的抗紫外、光热响应和优异防腐性能，在紫外线辐射下复合材料的力学性能保持良好。同时，PFAM-Ce复合填料在EP中表现出良好的分散性，这有利于降低涂料的孔隙率和增强其屏障能力。EIS研究表明PFAM-Ce/EP复合涂层具有出色的智能防护性能。复合涂层浸入3.5 wt.％NaCl溶液中90天，在低频区的阻抗值（|Z|_{0.01 Hz}）保持高于10¹¹ Ω·cm²，这表明复合涂层具有长期抗腐蚀性能。在紫外线辐射和3.5 wt.％NaCl耦合环境浸泡后，涂层仍然很好地保护了钢板，并且复合涂层的|Z|_{0.01 Hz}值比纯EP涂层高约四个数量级。 

图1. PFAM-Ce复合材料和PFAM-Ce涂层的合成制备图

图2. (a) MMT的SEM图像; (b) PFA-Ce和 (c) PFA-APS ((b1)和(c1)中选定区域的放大视图); EDX元素扫描结果 (d) PFAM-Ce和 (e) PFAM-APS

图3. (a) PFAM-APS和 (b) PFAM-Ce的N 1s光谱; (c) 紫外光谱（插图显示更多细节）和 (d) 复合材料的拉曼测试

图4. (a) 系统中的光稳定性示意图; (b) 铈离子还原的核外电子排布和 (c) 合成PFAM-Ce过程中2-氟苯胺氧化的化学结构

图5. (a) 添加到DPPH中的PFAM-Ce的紫外吸收光谱; (b) DPPH反应机理图及DPPH溶液中加入PFAM-Ce和AO1010的颜色变化; (c) DPPH溶液加入不同质量的PFAM-Ce (B) 和AO1010 (C) 后溶液的颜色变化

图6. (a) 纯EP的TG；(b) PFAM-Ce/EP; (c) 光热转换图; (a1-a4) EP和PFAM-Ce/EP涂层在不同时间的红外热成像

图7. (a1-a3) 8天; (b1-b3) 30天; (c1-c3) 90天的纯EP、PFA-Ce/EP、M-Ce/EP、PFAM-APS/EP和PFAM-Ce/EP涂层的Nyquist和Bode图

图8. (a) 在室外环境中模拟样品的示意图; (b) 碳钢表面的化学成分; (c) 紫外线暴露后EP涂层的化学变化; (d) PFAM-Ce复合材料的抗UV机制

  本论文进一步研究揭示了功能纳米材料对复合涂层抗紫外防腐能力提升的作用机理。PFAM-Ce填料对金属防护存在多重相互作用。高价铈离子氧化2-氟苯胺，铈离子的4f空轨道与氮的孤对电子成键，由于铈离子具有高折射率，PFAM-Ce在UVB和UVC段内的吸光度被增强，且纳米材料表现出优异的自由基清除能力。PFAM-Ce/EP复合涂层具有良好光热转变的能力，涂层被紫外辐射损伤的深度降低。此外，PFA可以促进碳钢表面钝化膜的形成，在基板表面上存在的Ce 、F元素对提升金属基板的粘附力及阴极保护具有明显影响，腐蚀被进一步阻止。此工作为制备高质量室外抗紫外型长效防腐涂料提供了一种新方法。

  相关研究成果以题“A smart composite coating with photothermal response, anti-UV and anti-corrosion properties”发表在Chemical Engineering Journal上。论文的第一作者为天津大学化工学院博士生孙悦，通讯作者为天大汪怀远教授。

  全文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138983