IT之家 9 月 2 日消息，中國科學(xué)院海洋研究所今日宣布，該所海洋關(guān)鍵材料全國重點實驗室海洋腐蝕污損與防控材料研究組受橡膠跑道耐磨緩沖多層結(jié)構(gòu)啟發(fā)，利用廢舊輪胎橡膠顆粒作為鎧甲化骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計構(gòu)建了一種兼具高機(jī)械穩(wěn)定性與長效防腐性能的超疏水復(fù)合涂層。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊 Chemical Engineering Journal（影響因子 13.2）。

受自然界“荷葉效應(yīng)”啟示的超疏水材料（水靜態(tài)接觸角 > 150°、滾動角 < 10°）的發(fā)現(xiàn)、仿生制備及其在自清潔、油水分離、輻射制冷、能量收集、流體減阻、防腐、防冰、可穿戴傳感等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力受到了研究人員的高度關(guān)注。特別是在防腐領(lǐng)域，超疏水材料表面極低的固－液接觸面積和低表面能特性為防腐涂層材料的設(shè)計開發(fā)提供了創(chuàng)新性視角。

然而，目前超疏水防腐材料普遍存在機(jī)械穩(wěn)定性差、易磨損失效、長效防護(hù)性能欠佳等問題，難以滿足在實際應(yīng)用場景和復(fù)雜工況條件下對材料的性能需求，阻礙了超疏水材料從實驗室研究邁向?qū)嶋H應(yīng)用的進(jìn)程。如何設(shè)計開發(fā)高穩(wěn)定性超疏水長效防腐涂層仍是當(dāng)前本領(lǐng)域的重要研究熱點與挑戰(zhàn)。

▲ 基于廢舊輪胎橡膠顆粒構(gòu)建高穩(wěn)定性超疏水防腐涂層的研究摘要圖

研究團(tuán)隊從生活中常見的橡膠跑道多層結(jié)構(gòu)耐磨－耐候－緩沖特性獲得靈感，以及對廢舊橡膠輪胎累積帶來的資源浪費、環(huán)境污染與回收再利用問題的思考，張斌斌帶領(lǐng)的研究小組創(chuàng)新性地將廢舊輪胎橡膠顆粒與鎧甲化結(jié)構(gòu)設(shè)計理念相結(jié)合，成功構(gòu)建了一種三層復(fù)合超疏水防腐涂層，實現(xiàn)了廢物高值化利用與高性能超疏水防腐涂層的“雙贏”設(shè)計。

該復(fù)合涂層由環(huán)氧樹脂（EP）作為底層，回收再利用的輪胎橡膠顆粒（RTR）作為大尺度鎧甲結(jié)構(gòu)中間層，以及氟硅烷改性氧化鋁 @熱塑性聚氨酯（S-Al2O3@TPU）構(gòu)成的超疏水面層形成三層防護(hù)體系。所制備的 RTR 鎧甲化超疏水復(fù)合涂層能夠承受 1200 次砂紙摩擦循環(huán)、450 次膠帶剝離循環(huán)和 1050 克落砂沖擊，展現(xiàn)了顯著提升的機(jī)械穩(wěn)定性與界面結(jié)合力。

電化學(xué)測試結(jié)果顯示，經(jīng)涂層保護(hù)的 Q235 碳鋼的低頻模值和電荷轉(zhuǎn)移電阻提升了 7 個數(shù)量級，腐蝕電流密度下降了 5 個數(shù)量級。此外，在 3.5 % 氯化鈉溶液浸泡 840 小時和戶外海洋大氣環(huán)境暴露 1680 小時后涂層仍能保持超疏水防護(hù)特性，體現(xiàn)了其具有優(yōu)異的長效防腐潛力。

該研究所設(shè)計的 RTR 鎧甲化高穩(wěn)定性超疏水防腐涂層不僅實現(xiàn)了資源的循環(huán)利用，還為高耐磨－高耐候超疏水功能防護(hù)材料的開發(fā)提供了一種有效的解決思路。隨著表面穩(wěn)定性和長效耐久性的不斷強(qiáng)化，超疏水功能防護(hù)材料也將逐漸從實驗室樣品向工程化產(chǎn)品持續(xù)推進(jìn)，并在更多領(lǐng)域展現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)化與推廣應(yīng)用前景。

論文第一作者和通訊作者為中國科學(xué)院海洋研究所張斌斌特聘研究員，該研究得到了山東省重點人才工程和山東省優(yōu)青項目的資助。

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