Chem. Eng. J. ：Ca-Al LDH杂化自修复微胶囊用于腐蚀保护

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Chem. Eng. J. ：Ca-Al LDH杂化自修复微胶囊用于腐蚀保护

题目

题目：Ca-Al LDH hybrid self-healing microcapsules for corrosion protection

Ca-Al LDH杂化自修复微胶囊用于腐蚀保护

关键词

Ca-Al LDH；杂化材料；微胶囊；电化学阻抗谱；第一性原理

来源

出版年份：2022

来源：Chemical Engineering Journal

课题组：南昌大学建筑工程学院王信刚课题组

研究背景

水泥基材料在使用寿命中不可避免地会形成微裂纹，增加了其渗透性，为氯离子更快侵入提供了渗透路径。当氯离子在钢筋表面积累到一定浓度时，在水和氧的协同作用下，钢筋钝化膜变得不稳定，导致其腐蚀，从而降低了水泥基材料的耐久性。自修复微胶囊能有效修复水泥基材料的微裂缝，提高其抗渗性能。大部分自修复微胶囊的核心材料都必须与固化剂接触，才能产生固化反应，形成自修复产物，最终实现微裂纹的自修复。但是，水泥基材料中固化剂与芯材的相互作用较差，降低了微裂纹的自修复效果。近年来，无固化剂自修复微胶囊为解决上述问题提供了新路径。其中，桐油因其来源天然、环境友好而成为一种很有前途的自修复芯材。桐油中含有大量不饱和脂肪酸，在含氧条件下可硬化形成耐腐蚀的聚合物。然而，氯离子不参与腐蚀产物的形成，在腐蚀反应中不能被消耗，因而能周而复始地腐蚀钢筋。

研究出发点

缓蚀剂是一种经济、方便、有效的防止钢腐蚀的手段。其中，层状双金属氢氧化物（LDH）可以有效吸附有害阴离子，在混凝土和模拟混凝土孔隙液（SCPS）中均表现出良好的氯离子吸附能力，但其表面官能团较少，掺入水泥基材料后分散困难，易结块，影响了LDH的应用和氯吸附的耐腐蚀性能。已有研究表明，LDH与其他功能材料的结合，既克服了LDH片层聚集的问题，又保持了LDH优异的离子交换性能。为了修复水泥基材料的微裂缝、吸收其内部存在的氯离子以及增加水泥基材料的耐腐蚀性能，需要开发自修复和氯离子吸附协同作用的防腐体系。

研究内容

本文以桐油为芯材，Ca-Al LDH缓蚀剂与乙基纤维素（EC）混杂为壁材，采用溶剂蒸发法制备出Ca-Al LDH杂化自修复微胶囊，不仅实现了对氯离子的吸附，而且克服了Ca-Al LDH在水泥基材料中的团聚问题；采用电化学测试技术表征了微胶囊的自修复性和氯离子吸附协同作用的防腐性能，并基于密度泛函理论利用第一性原理研究了Ca-Al LDH在自修复微胶囊上的杂化机理。

图1 微裂纹加速作用下氯离子腐蚀钢筋示意

图2 微胶囊的制备流程及形成机理

图3 水泥浆体中微胶囊的SEM图谱

图4  壁芯协同防腐机理

图5 桐油氧化聚合机理示意

主要结论

（1）形貌分析表明：Ca-Al LDH的加入提高了微胶囊的粒径分布范围和平均粒径；与自修复微胶囊（MC1）相比，Ca-Al LDH含量为10 wt%和20 wt%的杂化自修复微胶囊MC3和MC5的直径分别增加了14.65和29.93 μm；

（2）掺3 wt%和6 wt%微胶囊的水泥浆体对氯离子的吸附量分别比对照组水泥浆体的氯离子吸附量高14.7%和26.7%；Ca-Al LDH杂化自修复微胶囊中纳米层状Ca-Al LDH为水泥水化提供了额外的成核位点，微胶囊通过壁破裂释放芯材桐油，桐油通过氧化聚合形成聚合物；

（3）Ca-Al LDH杂化自修复微胶囊在模拟混凝土孔隙液（SCPS）中的缓蚀效率最高为94.12%，而MC1在SCPS中的缓蚀效率低于75%；Ca-Al LDH杂化自修复微胶囊通过自修复和氯离子吸附的协同作用提高了SCPS中的耐腐蚀性能；

（4）Ca-Al LDH@乙基纤维素（EC）杂化材料的形成是一个放热过程；杂化材料表现出良好的键合稳定性和电子传递性能，提高了杂化自修复微胶囊在水泥基材料中的氯离子吸附能力和耐腐蚀性能。

本期编者简介

翻译：

何    闯         硕士生       深圳大学

审核：

李雪琪          硕士生       深圳大学

排版：

罗盛禹           硕士生       深圳大学

本期学术指导

何    闯          博士后       深圳大学

龙武剑          教    授       深圳大学

文献链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137125