一种仿生超疏水耐磨防腐蚀涂层及其制备方法

本发明属于功能材料，具体地涉及一种仿生超疏水耐磨防腐蚀涂层及其制备方法。

背景技术：

1、镁合金作为最轻的结构金属，且具有良好的电磁屏蔽性、高比强度和导热系数、生物相容性好。此外，它还具有良好的机械加工性、铸造能力和延展性。这些优异的性能使得镁合金大量应用于航空航天、汽车、军事、生物医疗器械等诸多领域。然而，镁合金的标准电极电位低、化学反应活性高，且表面氧化膜疏松多孔，使其在潮湿环境或含氯化物的侵蚀性介质中易被腐蚀，镁合金耐腐蚀性差严重阻碍了其发展和实际应用。

2、聚合物涂层作为一种有效的物理屏障层，能够抵抗使用环境中的腐蚀性离子攻击，阻断离子传输路径，起到对基体镁合金的防腐作用。受荷叶和自然界中其他动植物表面拒水性的启发，将这种特性和防腐涂层结合起来，得到的仿生物超疏水涂层可以在涂层与基体的界面处捕获空气，形成空气层，减少腐蚀介质接触涂层的面积和时间，能更好的提高涂层的防腐能力。通常，使用低表面能物质修饰具有微纳米结构的颗粒可以达到制备超疏水涂层的基本条件。由yaghi团队研究开发的zif-90具有sod拓扑结构，且有很高的热稳定性和化学稳定性，在500℃下仍能保持稳定的晶体结构，因此具有纳米结构的zif-90常用来为超疏水涂层的构建提供必要的表面粗糙度。但是通常对zif-90进行疏水修饰的低表面能物质具有含氟链段，这意味着会对环境造成负担，不利于绿色发展，阻碍镁合金的回收利用。同时许多超疏水涂层在多次使用后表面会受到摩擦磨损而失去超疏水作用，这样会导致防腐效率降低。结合以上，如何以zif-90为中心对其设计开发成绿色、耐磨、耐久的镁合金防腐蚀性涂层是一个值得研究的课题。

技术实现思路

1、针对背景技术提到的上述不足，本发明的目的在于提供一种仿生超疏水耐磨防腐蚀涂层及其制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种仿生超疏水耐磨防腐蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：

3、s1：取锌源、咪唑-2-甲醛和甲酸盐分别溶于甲醇，将咪唑-2-甲醛和甲酸盐的甲醇混合溶液加至锌源的甲醇溶液中搅拌均匀，然后将混合液放入反应釜中进行溶剂热反应，随后高速离心分离，取沉淀洗涤干燥，得到zif-90颗粒；

4、s2：将s1中所得zif-90颗粒和长链硬脂酸加入到无水乙醇中，搅拌并超声分散，得到zif-90/sta溶液；

5、s3：取聚乙烯醇缩丁醛溶于无水乙醇，然后将所得溶液加入s2中所得的zif-90/sta溶液中，超声得到zif-90/sta/pvb溶液；

6、s4：将s3中所得zif-90/sta/pvb溶液浇铸到表面清洁的镁合金表面，干燥成膜，得到一种仿生超疏水耐磨防腐蚀涂层zif-90/sta/pvb（简写为zsp涂层）。

7、本技术方案中以zif-90为构建表面微结构的骨架，其中以金属锌源，咪唑-2-甲醛为有机配体，在反应釜内生长为结构稳定的zif-90，然后通过引入长链硬脂酸 (sta) 来降低表面能从而提高疏水性，最后将zif-90和sta均匀分散于聚乙烯醇缩丁醛(pvb)基质中，在镁合金表面浇铸成膜得到复合涂层。本发明制备流程简单，原料易得，无需复杂的设备，所制得的复合涂层是具有优异耐磨性的超疏水表面，并且大大提高了镁合金的耐腐蚀性以及腐蚀耐久性。

8、进一步地，上述技术方案s1中，所述锌源、咪唑-2-甲醛和甲酸盐的摩尔比为1 :(2-4) : (1-5)。

9、进一步地，上述技术方案s1中，所述锌源为六水合硝酸锌或氯化锌。

10、进一步地，上述技术方案s1中，所述甲酸盐为任选的甲酸盐，优选为甲酸钠、甲酸钾、甲酸钙。

11、进一步地，上述技术方案s1中，所述溶剂热反应的温度为120-160℃，反应时间8-12h。

12、进一步地，上述技术方案s1中，洗涤所采用的溶液稍为甲醇，重复洗涤3-5次。

13、进一步地，上述技术方案s1中，高速离心的转速为6000-8000rpm。

14、进一步地，上述技术方案s2中，所述zif-90颗粒和长链硬脂酸的质量比为1:(5-10)。

15、本发明还提供一种由上述制备方法制备的仿生超疏水耐磨防腐蚀涂层。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果：

17、本发明以zif-90颗粒为构建表面微结构的骨架，然后采用绿色环保的长链硬脂酸来修饰zif-90纳米颗粒，不仅有效避免了使用对环境有负担的含氟材料，而且大大提高了疏水性；然后分散于聚乙烯醇缩丁醛基质中，并在在镁合金表面浇铸成膜，得到的zsp复合涂层在盐溶液中具有优异的耐腐蚀性和耐久性，同时具有良好的超疏水性和耐磨性，性能优异。

18、本发明zsp复合涂层的制备过程简单，无需复杂的设备即可获得，适用性广。

技术特征：

1.一种仿生超疏水耐磨防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种仿生超疏水耐磨防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，s1中，所述锌源、咪唑-2-甲醛和甲酸盐的摩尔比为1 : (2-4) : (1-5)。

3.根据权利要求1所述的一种仿生超疏水耐磨防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，s1中，所述锌源为六水合硝酸锌或氯化锌。

4.根据权利要求1所述的一种仿生超疏水耐磨防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，s1中，所述甲酸盐为任选的甲酸盐，优选为甲酸钠、甲酸钾、甲酸钙。

5.根据权利要求1所述的一种仿生超疏水耐磨防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，s1中，所述溶剂热反应的温度为120-160℃，反应时间8-12h。

6.根据权利要求1所述的一种仿生超疏水耐磨防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，s1中，洗涤所采用的溶液稍为甲醇，重复洗涤3-5次。

7.根据权利要求1所述的一种仿生超疏水耐磨防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，s1中，高速离心的转速为6000-8000rpm。

8.根据权利要求1所述的一种仿生超疏水耐磨防腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，s2中，所述zif-90颗粒和长链硬脂酸的质量比为1:(5-10)。

9.一种由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备的仿生超疏水耐磨防腐蚀涂层。

技术总结本发明属于功能材料技术领域，具体地涉及一种仿生超疏水耐磨防腐蚀涂层及其制备方法，本发明制备方法通过先制备ZIF‑90颗粒作为骨架，然后进行疏水处理得到ZIF‑90/STA溶液，再分散于聚乙烯醇缩丁醛基质中，最后在镁合金表面浇铸成膜得到ZSP复合涂层。本发明制备流程简单，原料易得，无需复杂的设备，所制得的复合涂层是具有优异耐磨性的超疏水表面，并且大大提高了镁合金的耐腐蚀性以及耐久性，有效解决了镁合金耐腐蚀性、疏水性、环保性差等问题。技术研发人员：马国红,张丹,何琪受保护的技术使用者：南昌大学技术研发日：技术公布日：2024/6/26