海洋所利用廢舊輪胎橡膠顆粒研制高穩(wěn)定超疏水防腐涂層獲新進(jìn)展
近日,中國(guó)科學(xué)院海洋研究所海洋關(guān)鍵材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jì)構(gòu)建了一種兼具高機(jī)械穩(wěn)定性與長(zhǎng)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(guó)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(dòng)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(jì)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(zhǎng)效防護(hù)性能欠佳等問題,難以滿足在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景和復(fù)雜工況條件下對(duì)材料的性能需求,阻礙了超疏水材料從實(shí)驗(yàn)室研究邁向?qū)嶋H應(yīng)用的進(jìn)程。如何設(shè)計(jì)開發(fā)高穩(wěn)定性超疏水長(zhǎng)效防腐涂層仍是當(dāng)前本領(lǐng)域的重要研究熱點(diǎn)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(duì)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(duì)廢舊橡膠輪胎累積帶來(lái)的資源浪費(fèi)、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(jì)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(shí)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(jì)。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(cè)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(gè)數(shù)量級(jí),腐蝕電流密度下降了5個(gè)數(shù)量級(jí)。此外,在3.5 %氯化鈉溶液浸泡840小時(shí)和戶外海洋大氣環(huán)境暴露1680小時(shí)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(zhǎng)效防腐潛力。
該研究所設(shè)計(jì)的RTR鎧甲化高穩(wěn)定性超疏水防腐涂層不僅實(shí)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(zhǎng)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(shí)驗(yàn)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(guó)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(diǎn)人才工程和山東省優(yōu)青項(xiàng)目的資助。
論文信息:
Binbin Zhang*,Guangzhou Liang,Baorong Hou,Rubber running track inspired ultra-robust superhydrophobic coating armored with recycled tire rubber (RTR) particles for sustained corrosion resistance,Chemical Engineering Journal,2025,522,167434.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725082737
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