贻贝仿生结构帮助环氧树脂实现高疏水性提升防腐能力

慧正资讯，参照贻贝（青口、海虹）的仿生结构，研究人员找到了帮助环氧涂层获得疏水型和防腐性的新方法。这项研究刊发在2023年11月《有机涂料  Progress in Organic Coatings》第184卷中。

环氧树脂（ER）通常用作防腐涂料的重要树脂材料，但其亲水性阻碍了防腐性能的发挥。通常情况下，会采用在环氧树脂表面注入液体对其疏水性进行改性，增强其防腐能力。但改性后的环氧树脂脆性增强，涂层的耐久性受到较大影响。为了解决上述挑战，在环氧树脂改性中引入贻贝的仿生结构 LIS（BI-LIS），制备时，将水解改性剂和矿物油组成的改性矿物油滴加到织构化的环氧树脂上，放置3天，即可得到BI-LIS样品。

LIS解决环氧疏水难题

BI-LIS样品不仅比原始环氧树脂表现出更好的疏水性和防腐性能，更重要的是，它具有通过改性剂分子的重吸收来恢复改性层的能力，可以响应改性层的损伤并增强LIS的可靠性。

液体注入表面（LIS）是一种具有疏水特性的新型功能表面，自推出以来就引起了研究人员的极大关注。受此启发，有人提出环氧树脂上创建 LIS 作为解决其亲水性问题的潜在解决方案。在经典方法中，LIS的制备过程通常包括三个步骤：制备具有表面纹理的基底，用改性层覆盖纹理基底并注入油。其中，覆盖改性层的目的是使纹理基材同时满足亲油和疏水的要求。目前，有多种方法可以在织构化基底上获得改性层。例如，通过将样品浸入1-十二烷硫醇与乙醇的混合溶液中来实现样品表面的改性层，或者利用聚二甲基硅氧烷（PDMS）与正己烷混合的溶液来达到相同的效果。同样还可以通过将样品浸入1H、1H、2H、2H-全氟癸基三乙氧基硅烷（FAS-17）和正十八烷基三甲氧基硅烷（OTS）中获得改性层。

然而，据我们所知，改性层往往很脆弱，很容易被外力损坏。更严重的是，如果改性层丢失，会导致水滴浸入织构化基材中，LIS将失去疏水性。因此，提高改性层的可靠性对于提高LIS的可靠性至关重要。

来自贻贝的仿生学启发

在自然界中，已经观察到某些动物的自发吸附行为，这些行为被认为是提高改性层可靠性的潜在灵感来源。以一些海洋无脊椎动物（如贻贝、藤壶等）为例，它们会自发吸附在海水中的附着基质（如礁石、船舶等）表面。在这种情况下，即使这些无脊椎动物被人工去除，新的无脊椎动物也会在相对较短的时间内重新吸附到附着基底上。因此，换言之，附着基板的表面几乎总是被吸附剂覆盖。受此启发，如果用于构建改性层的分子能够以自由状态存在（类似于贻贝），并且能够自发吸附到纹理基底上，那么对于 LIS 来说将是有利的。其原因是，在这个新颖的想法中，如果已经吸附在基材上的分子被损坏，游离分子将重新吸附在受损区域，从而实现持久的改性层。

本研究采用模板法制备织构化ER，该方法适用于具有热固性特性的环氧树脂。随后，将在矿物油中添加水解改性剂而得到的改性矿物油滴在织构化的环氧树脂上，并放置一段时间，从而得到仿生LIS（简称BI-LIS）。时间。在该制备方法中，改性剂分子、矿物油和纹理环氧树脂分别起到与海洋无脊椎动物、海水和附着基相似的作用。随着织构化环氧树脂不断被改性剂分子“吸附”，其表面逐渐被改性层覆盖。最终，具有改性层的织构化环氧树脂捕获油膜以获得BI-LIS。一方面，与传统的环氧树脂涂层相比，BI-LIS 表现出更好的疏水性和防腐性能。另一方面，与经典方法的LIS试件相比，验证了通过改性剂分子重新吸附到改性材料受损区域而实现的BI-LIS试件的改性层和性能的可靠性。层。研究结果为扩大环氧树脂应用范围提供了潜在的机会。

能量色散光谱结果显示，改性后的环氧树脂结构中氟含量逐渐增加，表明随着改性剂分子中的氟烷基逐渐吸附，改性层形成。BI-LIS样品不仅表现出比环氧树脂更好的疏水性和防腐性能，更重要的是，它具有通过改性剂分子的重吸收来恢复改性层的能力，可以响应改性层的损坏和提高LIS的可靠性。

本研究旨在增强环氧树脂的疏水性和耐腐蚀性能，为拓宽环氧树脂的应用范围提供技术支撑。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0300944023004472