一种超疏水海绵材料的制备及其防腐蚀实施方法技术

本发明专利技术提供一种超疏水海绵材料的制备及其防腐蚀实施方法，属于金属腐蚀防护领域。本发明专利技术采用浸泡法将有机硅烷修饰在三聚氰胺海绵的表面，使亲水性海绵变为超疏水海绵，以块体超疏水海绵作为覆盖层附于金属表面，将海水相与金属相隔离，利用气泵输送干燥气体到金属表面以及块体超疏水海绵中，创新性地构建了一种通气‑超疏水海绵综合防腐系统，其突出特点为：超疏水海绵块能够将在水下复杂的海水腐蚀反应转变为只有氧和水参与的大气腐蚀反应。通气的方法能够进一步带走海绵结构中的水蒸气，通过干燥气体的流动将海绵内的湿气带出，从而维持海绵内干燥的状态，复杂的海水腐蚀最终转变成只有干燥空气参与的缓慢氧化反应，从而实现金属的防腐蚀。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海水环境的金属腐蚀防护领域，具体地说是一种超疏水海绵材料的制备以及在通气条件下利用该超疏水海绵作为防腐层实现金属防腐长效化的方法。
技术介绍
由荷叶效应启发的超疏水润湿性在近二十年内引起了不同领域研究者的广泛关注。从本质上来说，超疏水是由疏水性和粗糙度二者共同作用使水滴与表面接触角大于150°的润湿现象。其独特性能赋予了诸多方面的用途，如针对表面疏离水滴的特性，超疏水性在防雾、自清洁等方面有着优异的表现。人类对海洋的探索与开发活动需要诸多材料来发挥各种不同功用，这也给超疏水润湿性提供了机会，在海水环境中，其用途也甚为广泛，比如可以降低表面阻力、防污损、防腐蚀等诸多方面。在超疏水性的各种潜在用途中，“憎水”的物质基础-气体层起着至关重要的作用。超疏水材料的防腐蚀性能依赖于表面形成的空气层来阻滞水相的侵入，避免水相中的腐蚀物种到达金属表面，从而起到防腐蚀的效果。尽管研究证明超疏水润湿性在水下环境有诸多优异表现，但其实际应用却面临挑战。超疏水润湿性水下失效是制约其应用的最突出问题之一。水下环境的超疏水系统由存贮空气、水相以及对水相起支撑作用的固体结构三种物态共同组成。假定固体结构性能稳定，存贮气体与水相的物质、能量交换作用决定了超疏水润湿性的耐久性。现实状况下水环境中的超疏水系统是一个动态变化的亚稳态体系。静水压强和由水相表面曲率引起的Laplace压强共同作用会使存贮气体不断溶于水相。由于存贮气体为有限量，随着气层中气体不断向水中扩散溶解，剩余存贮量不断减少，表面润湿性将从超疏水的Cassie状态转变为浸润的Wenzel状态，最终导致超疏水润湿性的失效。一旦材料的超疏水性失效，其对基体的保护作用也将结束，腐蚀也将随之发生。传统的超疏水材料为膜层材料，其利用电化学原位生长、化学气相沉积方法等制备，由于所包容的气相为有限量，故随着浸泡时间的延长，其将逐渐消失殆尽，从而失去超疏水性能。超疏水海绵材料可作为传统超疏水膜层材料的替代品用于金属材料的防腐蚀。与传统膜层材料相比其具有如下特点：(1)超疏水海绵可以加工为块体，从而能够更充分的对被保护金属材料进行防护；(2)超疏水海绵中具有连通的三维空间结构，通过在超疏水海绵材料中通入干燥空气，可将进入海绵基质中的水蒸气带走，维持内部干燥环境，从而延长超疏水材料的疏水寿命。基于上述分析，如果将超疏水海绵材料与通气相结合，构建一种通气-超疏水海绵综合防腐系统，并将其应用于海水环境中金属腐蚀领域，必将具有十分重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种超疏水海绵材料的制备及其防腐蚀实施方法。本专利技术的设计构思是：首先，采用浸泡法将有机硅烷修饰在三聚氰胺海绵的表面，使亲水性海绵变为超疏水海绵；其次，以块体超疏水海绵作为覆盖层附于金属表面，将海水相与金属相隔离，利用气泵输送干燥气体到金属表面以及块体超疏水海绵中，通过干燥气体的流动将海绵内的湿气带出，从而维持海绵内干燥的状态，将严酷的海水腐蚀转化成为轻微的干燥态空气氧化，从而实现金属的防腐蚀。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：1、本专利技术提供一种超疏水海绵材料的制备方法，包括如下步骤：1)将三聚氰胺海绵浸泡在洗涤液中进行超声清洗，去除海绵杂质，取出后风干待用；2)将经步骤1)处理过的三聚氰胺海绵浸泡在疏水改性剂溶液中，使疏水改性剂在三聚氰胺海绵表面附着，所述疏水改性剂溶液中的疏水改性剂为有机硅烷，疏水改性剂溶液由溶剂与有机硅烷以体积比1∶5～1∶100混合而成，其中，有机硅烷为碳链中含碳原子数1-14的烷基三氯硅烷；3)将经步骤2)处理过的三聚氰胺海绵取出后风干，制得超疏水海绵材料。进一步的，所述有机硅烷为甲基三氯硅烷、乙基三氯硅烷、正辛基三氯硅烷、正癸基三氯硅烷、十二烷基三氯硅烷等中的至少一种。进一步的，所述疏水改性剂溶液中的溶剂为正己烷、乙醇、丙酮、三氯甲烷等油溶性溶剂中的至少一种。进一步的，所述洗涤液包括丙酮和无水乙醇，将三聚氰胺海绵依次浸泡在丙酮和无水乙醇中进行超声清洗。本专利技术另提供一种超疏水海绵材料的防腐蚀实施方法，包括如下步骤：1)将金属材料加工成一定尺寸的试样，经砂纸打磨、三氧化铝抛光后，利用胶黏剂将试样与通气针粘结，形成可通气的试样表面；2)将超疏水海绵材料加工成一定尺寸的块体，作为覆盖层包覆在试样的表面，超疏水海绵块将试样与腐蚀液相隔离，利用气泵输送压缩空气到试样的表面及超疏水海绵块中，构建通气防腐实验装置；3)在超疏水海绵块包覆、通气条件下，测试试样的腐蚀形貌及超疏水海绵块的湿度数据。所述胶黏剂为环氧树脂。进一步的，所述通气防腐实验装置，包括烧杯，烧杯内盛装有腐蚀液，烧杯内设有用于固定超疏水海绵块的托架，超疏水海绵块内包覆有试样和通气针，所述通气针的针头通过胶黏剂与试样相粘结，通气针经通气管外接气泵，外界空气经气泵压缩，通气管、通气针输送后，流经至试样的表面，并进入超疏水海绵块中。进一步的，所述通气防腐实验装置还包括湿度传感器，湿度传感器包覆在超疏水海绵块内，用于检测超疏水海绵块的湿度数据。进一步的，所述通气针经串联有干燥器的通气管外接气泵，用于为试样的表面提供干燥的气流。一种超疏水海绵材料的制备及其防腐蚀实施方法与现有技术相比所产生的有益效果是：1、本专利技术创新性地构建了一种通气-超疏水海绵综合防腐系统，其突出特点为：超疏水海绵块能够将在水下复杂的海水腐蚀反应转变为只有氧和水参与的大气腐蚀反应；通气的方法能够进一步带走海绵结构中的水蒸气，所以水在腐蚀中的作用也被削弱；没有了水和Cl-的参与，复杂的海水腐蚀最终转变为了只有干燥空气参与的缓慢氧化反应；2、本专利技术所构建的通气-超疏水海绵综合防腐系统，其设计结构简单、原理科学，具有很高的推广和应用价值；3、本专利技术提供的一种超疏水海绵的材料的制备方法，具有成本低廉，工艺简单易行，重复性好等特点，便于进行大规模的工业生产。附图说明附图1是初始三聚氰胺海绵和本专利技术制备的超疏水海绵材料的SEM形貌图；附图2是初始三聚氰胺海绵和本专利技术制备的超疏水海绵材料对水滴的润湿性能图片；附图3是本专利技术所涉及的通气防腐实验装置的整体结构示意图；附图4是本专利技术所涉及的可通气的钢片与超疏水海绵块间的结构示意图；附图5是本专利技术所涉及的烧杯、超疏水海绵块及托架部分的俯视图；附图6是本专利技术所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超疏水海绵材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将三聚氰胺海绵浸泡在洗涤液中进行超声清洗，去除海绵杂质，取出后风干待用；2)将经步骤1)处理过的三聚氰胺海绵浸泡在疏水改性剂溶液中，使疏水改性剂在三聚氰胺海绵表面附着，所述疏水改性剂溶液中的疏水改性剂为有机硅烷，疏水改性剂溶液由溶剂与有机硅烷以体积比1∶5～1∶100混合而成，其中，有机硅烷为碳链中含碳原子数1‑14的烷基三氯硅烷；3)将经步骤2)处理过的三聚氰胺海绵取出后风干，制得超疏水海绵材料。

【技术特征摘要】
1.一种超疏水海绵材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将三聚氰胺海绵浸泡在洗涤液中进行超声清洗，去除海绵杂质，取出
后风干待用；
2)将经步骤1)处理过的三聚氰胺海绵浸泡在疏水改性剂溶液中，使疏水
改性剂在三聚氰胺海绵表面附着，所述疏水改性剂溶液中的疏水改性剂为有机
硅烷，疏水改性剂溶液由溶剂与有机硅烷以体积比1∶5～1∶100混合而成，其中，
有机硅烷为碳链中含碳原子数1-14的烷基三氯硅烷；
3)将经步骤2)处理过的三聚氰胺海绵取出后风干，制得超疏水海绵材料。
2.根据权利要求1所述的一种超疏水海绵材料的制备方法，其特征在于，
所述有机硅烷为甲基三氯硅烷、乙基三氯硅烷、正辛基三氯硅烷、正癸基三氯
硅烷、十二烷基三氯硅烷中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种超疏水海绵材料的制备方法，其特征在
于，所述疏水改性剂溶液中的溶剂为正己烷、乙醇、丙酮、三氯甲烷中的至少
一种。
4.根据权利要求1或2所述的一种超疏水海绵材料的制备方法，其特征在
于，所述洗涤液包括丙酮和无水乙醇，将三聚氰胺海绵依次浸泡在丙酮和无水
乙醇中进行超声清洗。
5.一种超疏水海绵材料的防腐蚀实施方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将金属材料加工成一定尺寸的试样，经砂纸打磨、三氧化铝抛光后，
利用胶黏剂将试...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱日，房亚杰，侯健，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37