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鋼筋混凝土材料的腐蝕嚴(yán)重威脅著跨海橋梁、建筑物和海洋船舶，還可能引發(fā)安全隱患，甚至導(dǎo)致災(zāi)難性事故。同時(shí)，腐蝕造成的修復(fù)和維護(hù)成本高昂，給經(jīng)濟(jì)帶來(lái)沉重負(fù)擔(dān)，并可能產(chǎn)生污染物，加劇環(huán)境問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)高效、耐用的防腐蝕技術(shù)對(duì)于海洋工程、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及交通運(yùn)輸行業(yè)而言至關(guān)重要。

超疏水涂層表面獨(dú)特的空氣層能有效減少鋼筋混凝土的腐蝕，不僅延長(zhǎng)了混凝土的長(zhǎng)期使用壽命，還可減少經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染。基于超疏水涂層的防腐與自清潔特性，有必要在基材表面設(shè)計(jì)此類涂層以滿足防腐需求。盡管超疏水涂層逐漸發(fā)展以適應(yīng)多樣化需求，但其在工程制備和實(shí)際應(yīng)用中仍存在局限性。

通過(guò)對(duì)超疏水涂層的結(jié)構(gòu)和組分的精心設(shè)計(jì)，山東理工大學(xué)鞠冠男團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一種全高分子的穩(wěn)定超疏水涂層。利用聚氨酯的柔性與環(huán)氧樹(shù)脂的剛性共同提升涂層的整體穩(wěn)定性，制備流程如圖1所示，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)利用端羥基聚丁二烯與甲苯二異氰酸酯生成預(yù)聚體，乙二胺作為擴(kuò)鏈劑，再通過(guò)非溶劑誘導(dǎo)相分離法制備了聚氨酯顆粒的懸濁液。

再加入具有剛性的環(huán)氧樹(shù)脂增強(qiáng)整體的穩(wěn)定性，然后通過(guò)端氨基硅油修飾的環(huán)氧樹(shù)脂降低表面的自由能，最后控制噴涂的壓力和距離得到了穩(wěn)定的高分子超疏水表面。

圖1：穩(wěn)定高分子超疏水表面的制備過(guò)程

制備的超疏水涂層具有優(yōu)秀的機(jī)械穩(wěn)定性，在1.2m的高度2500g的砂石沖擊下，靜態(tài)接觸角依然能夠達(dá)到150.5°，保持良好的超疏水效果。

此外，無(wú)論是經(jīng)過(guò)水流沖擊、刀刮、膠帶剝離、紫外照射、高溫、酸堿鹽等復(fù)雜情況下的的測(cè)試，該超疏水涂層仍然能夠保持超疏水的狀態(tài)，并且始終具備自清潔性能。

同時(shí)，該涂層擁有良好的耐靜、動(dòng)態(tài)穿刺效果，為其耐腐蝕應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。

圖2：落砂沖擊試驗(yàn)

超疏水涂層能夠捕獲空氣層并隔離水相，使其能夠有效阻隔溶液與基底的粒子交換。它可作為一種有效的防護(hù)手段，防止金屬材料生銹，從而避免電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕。

如圖3，該超疏水表面在EIS測(cè)試中，相對(duì)于未經(jīng)修飾的混凝土小塊具有更大的電荷轉(zhuǎn)移電阻，同時(shí)在極化曲線中具有更大的極化電壓和更小的極化電流，表明該超疏水涂層具有顯著的耐腐蝕能力，同時(shí)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的浸泡測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)其擁有良好的長(zhǎng)效防腐能力，這為應(yīng)用于橋墩的耐腐蝕提供了保證。

圖3：穩(wěn)定高分子超疏水表面的耐腐蝕測(cè)試

該研究的第一單位是山東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，碩士研究生張洪乾為第一作者，材料學(xué)院鞠冠男、粟常紅為通訊作者，此研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和山東省自然科學(xué)基金的支持。