耐久性仿生水下超疏油功能涂层的制备及性能研究

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水下超疏油涂层因其优异的亲水疏油性使其在原油运输、抗油污粘附、抗生物粘附、自清洁、油水分离和液滴操控等领域具有广泛的应用。目前,大多数水下超疏油涂层存在制备工艺复杂、机械/化学耐久性不足等问题。本次研究以具有化学耐久性的E44环氧树脂为胶黏剂,在其表面复合亲水纳米颗粒或者聚合物,通过简单的涂装法分别制备了耐久性水下超疏油涂层和耐久性水下润滑超疏油涂层。具体内容如下:(1)将各种亲水纳米颗粒按压在预固化的E44环氧树脂涂层中,制备了耐久性水下超疏油涂层。制备的水下超疏油涂层具有优异的机械稳定性、化学耐久性、自清洁性和防腐性能。涂层在被负载10 N的砂纸摩擦1000次之后、在被p H=2和p H=12的强酸强碱浸泡一个月之后仍然具有稳定的水下超疏油性质。通过电化学测试证明了,由腰果酚酚醛胺固化剂制备的水下超疏油涂层具有更加优异的防腐性能。除此之外,制备的E44-Ti O2涂层具有优异的自清洁降解有机污染物和油下水滴浸润性转化的特性。当把E44-Ti O2涂层涂覆在不锈钢网上时,能以99.8%的油水分离效率分离油水乳液,分离通量最高可达1700 L/m~2h,展示了优异的油水分离性能。(2)在预固化的E44环氧树脂表面喷涂聚乙烯亚胺(PEI)和Ti O2复合物,制备了耐久性水下润滑超疏油涂层。制备的水下超疏油涂层具有优异的机械稳定性、润滑减阻性、化学耐久性、疏原油性和防腐性能。E44/PEI/Ti O2涂层在被负载2 N的砂纸摩擦225次之后、在被1 M/2 M强酸强碱溶液、人造海水和蒸馏水浸泡10小时之后仍然具有稳定的水下超疏油性质。当E44/PEI/Ti O2涂层在水下时,PEI会吸水溶胀包覆住纳米颗粒,PEI分子周围大量的水化层会降低涂层在水下的摩擦系数,使涂层在水下具有润滑减阻效果。E44/PEI/Ti O2涂层还具有优异的疏原油性能,当涂层表面被原油污染后放入水中,原油可以容易地从涂层表面脱落。E44/PEI/Ti O2涂层相比市售的亲水涂层具有更加优异的防腐性能。E44/PEI/Ti O2涂层涂覆到不锈钢网时,能以高达99.7%的油水分离效率分离不同种类的水包油乳液(石油醚-水,正己烷-水,环己烷-水,煤油-水),分离通量最高可达1500 L/m~2h左右,展示了优异的油水分离性能。
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