山東理工大學(xué)鞠冠男團隊設(shè)計出一種全高分子的穩(wěn)定超疏水涂層，制備的超疏水涂層具有優(yōu)秀的機械穩(wěn)定性，在1.2m的高度2500g的砂石沖擊下，靜態(tài)接觸角依然能夠達到150.5°，保持良好的超疏水效果。
鋼筋混凝土材料的腐蝕嚴重威脅著跨海橋梁、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，腐蝕造成的修復(fù)和維護成本高昂，給經(jīng)濟帶來沉重負擔，并可能產(chǎn)生污染物，加劇環(huán)境問題。因此，開發(fā)高效、耐用的防腐蝕技術(shù)對于海洋工程、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及交通運輸行業(yè)而言至關(guān)重要。
超疏水涂層表面獨特的空氣層能有效減少鋼筋混凝土的腐蝕，不僅延長了混凝土的長期使用壽命，還可減少經(jīng)濟損失和環(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際應(yīng)用中仍存在局限性。
通過對超疏水涂層的結(jié)構(gòu)和組分的精心設(shè)計，山東理工大學(xué)鞠冠男團隊設(shè)計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，該團隊通過利用端羥基聚丁二烯與甲苯二異氰酸酯生成預(yù)聚體，乙二胺作為擴鏈劑，再通過非溶劑誘導(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)氧樹脂增強整體的穩(wěn)定性，然后通過端氨基硅油修飾的環(huán)氧樹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。
制備的超疏水涂層具有優(yōu)秀的機械穩(wěn)定性，在1.2m的高度2500g的砂石沖擊下，靜態(tài)接觸角依然能夠達到150.5°，保持良好的超疏水效果。
此外，無論是經(jīng)過水流沖擊、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，該涂層擁有良好的耐靜、動態(tài)穿刺效果，為其耐腐蝕應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。
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測試中，相對于未經(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，同時經(jīng)過長時間的浸泡測試后，發(fā)現(xiàn)其擁有良好的長效防腐能力，這為應(yīng)用于橋墩的耐腐蝕提供了保證。
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，此研究得到了國家自然科學(xué)基金和山東省自然科學(xué)基金的支持。