Супергидрофобное покрытие на основе эпоксидной эмали ЭП-140: исследование механической стойкости при внешних воздействиях

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В данной работе исследована механическая стойкость супергидрофобного покрытия, созданного на основе промышленной эпоксидной эмали ЭП-140. Для достижения супергидрофобного состояния нанесенное покрытие модифицировали методом импульсного лазерного текстурирования и хемосорбции фторсилана. Целью исследования была оценка устойчивости покрытия к различным механическим воздействиям, характерным для эксплуатации в открытой атмосфере: длительному контакту с водой, воздействию высокоскоростной струи воды, абразивному износу падающим песком и многократному отрыву липкой ленты. Показано, что комбинированный подход, используемый при супергидрофобизации, обеспечивает не только высокие водоотталкивающие свойства, но и значительную устойчивость к деградации. Так, эксперименты выявили лишь незначительное снижение характеристик смачивания при сохранении гетерогенного режима смачивания, что подтверждает сохранение функциональности покрытия даже при экстремальных механических воздействиях. Полученные данные указывают на перспективность применения разработанного покрытия в промышленности, где требуется сочетание высокой износостойкости и экономической эффективности.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. А. Кузина

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук

Email: emelyanenko.kirill@gmail.com
Россия, Ленинский пр., 31, корп. 4, Москва, 119071

М. А. Теплоногова

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук

Email: emelyanenko.kirill@gmail.com
Реюньон, Ленинский пр., 31, Москва, 119071

А. В. Буглак

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук

Email: emelyanenko.kirill@gmail.com
Россия, Ленинский пр., 31, корп. 4, Москва, 119071

К. А. Емельяненко

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: emelyanenko.kirill@gmail.com
Россия, Ленинский пр., 31, корп. 4, Москва, 119071

Список литературы

  1. Boinovich L.B., Emelyanenko A.M. Hydrophobic materials and coatings: principles of design, properties and applications // Russ. Chem. Rev. 2008. V. 77. № 7. P. 583–600. https://doi.org/10.1070/RC2008v077n07ABEH003775
  2. Tian X., Verho T., Ras R.H.A. Moving superhydrophobic surfaces toward real-world applications // Science. 2016. V. 352. № 6282. P. 142–143. https://doi.org/10.1126/science.aaf2073
  3. Darmanin T., Guittard F. Recent advances in the potential applications of bioinspired superhydrophobic materials // J. Mater. Chem. A. 2014. V. 2. № 39. P. 16319–16359. https://doi.org/10.1039/C4TA02071E
  4. Jeevahan J., Chandrasekaran M., Britto Joseph G., Durairaj R.B., Mageshwaran G. Superhydrophobic surfaces: a review on fundamentals, applications, and challenges // J. Coat. Technol. Res. 2018. V. 15. № 2. P. 231–250. https://doi.org/10.1007/s11998-017-0011-x
  5. Milionis A., Loth E., Bayer I.S. Recent advances in the mechanical durability of superhydrophobic materials // Adv. Colloid Interface Sci. 2016. V. 229. P. 57–79. https://doi.org/10.1016/j.cis.2015.12.007
  6. Verho T., Bower C., Andrew P., Franssila S., Ikkala O., Ras R.H.A. Mechanically durable superhydrophobic surfaces // Adv. Mater. 2011. V. 23. № 5. P. 673–678. https://doi.org/10.1002/adma.201003129
  7. Кузина Е.А., Емельяненко А.М., Бойнович Л.Б. Супергидрофобизация окрашенных поверхностей для повышения их защитных свойств и придания новых функциональных свойств материалам // Доклады Академии Наук Серия химическая. 2025. № 1.
  8. Emelyanenko A.M., Boinovich L.B. Application of dynamic thresholding of video images for measuring the interfacial tension of liquids and contact angles // Instruments and Experimental Techniques. 2002. V. 45. № 1. P. 44–49. https://doi.org/10.1023/A:1014544124713
  9. Emelyanenko A.M., Boinovich L.B. Analysis of wetting as an efficient method for studying the characteristics of coatings and surfaces and the processes that occur on them: A review // Inorg. Mater. 2011. V. 47. № 15. P. 1667–1675. https://doi.org/10.1134/S0020168511150064
  10. Емельяненко А.М., Бойнович Л.Б. Применение цифровой обработки видеоизображений для определения параметров сидящих и висящих капель // Коллоидный журнал. 2001. Т. 63. № 2. С. 178–193.
  11. Кузина Е.А., Омран Ф.Ш., Емельяненко А.М., Бойнович Л.Б. О важности подбора режима гидрофобизации для получения стойких супергидрофобных покрытий // Коллоидный журнал. 2023. Т. 85. № 1. С. 63–67. https://doi.org/10.31857/S0023291222600614
  12. He S., Chen J., Lu Y., Huang S., Feng K. Enhanced waterproof performance of superhydrophobic SiO2/PDMS coating // Prog. Org. Coat. 2024. V. 197. P. 108845. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2024.108845
  13. Kumar A., Meena M.K. Fabrication of durable corrosion-resistant polyurethane/SiO2 nanoparticle composite coating on aluminium // Colloid Polym. Sci. 2021. V. 299. № 6. P. 915–924. https://doi.org/10.1007/s00396-021-04814-9
  14. Mousavi S.M.A., Pitchumani R. A comparative study of mechanical and chemical durability of non-wetting superhydrophobic and lubricant-infused surfaces // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2022. V. 643. P. 128711. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.128711
  15. Li T., Lu C., Yuan Z., Liu C., Li Y., Liu Y. Mechanical stability and anti-icing performance of robust aluminum-based superhydrophobic coating // Surface Technology. 2022. V. 51. № 11. P. 385–394. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.11.036
  16. Golubitchenko T.V., Emelyanenko K.A., Krasovsky V.G., Emelyanenko A.M., Boinovich L.B. Are the imidazole ionic liquids suitable lubricants for slippery coatings? // Langmuir. 2025. V. 41. № 4. P. 2724–2734. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.4c04543
  17. Kuzina E.A., Emelyanenko K.A., Teplonogova M.A., Emelyanenko A.M., Boinovich L.B. Durable superhydrophobic coatings on tungsten surface by nanosecond laser ablation and fluorooxysilane modification // Materials. 2025. V. 16. № 1. P. 196. https://doi.org/10.3390/ma16010196
  18. Liu J.J., He C.Y., Liu B.H., Wang Z.Q., Zhao S.J., Lu Z.W., Zhang Y.Z., Tang Z.Q., Gao X.H., Aday X. A robust photo-thermal and electro-thermal superhydrphobic surface for all-weather anti-icing/deicing // Chem. Eng. J. 2024. V. 489. P. 151338. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151338
  19. Zhou X., Ou J., Hu Y., Wang F., Fang X., Li W., Chini S.F., Amirfazli A. Robust superhydrophobic coating for photothermal anti-icing and de-icing via electrostatic powder spraying // Prog. Org. Coat. 2024. V. 197. P.108778. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2024.108778
  20. Deng X., Mammen L., Zhao Y., Lellig P., Müllen K., Li C., Butt H.J., Vollmer D. Transparent, thermally stable and mechanically robust superhydrophobic surfaces made from porous silica capsules // Adv. Mater. (Weinheim). V. 23. № 26. P. 2962–2965. https://doi.org/10.1002/adma.201100410
  21. Birlik Demirel G., Aygül E. Robust and flexible superhydrophobic/superoleophilic melamine sponges for oil-water separation // C Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2019. V. 577. P. 613–621. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.05.081
  22. Boinovich L.B., Emelyanenko A.M., Ivanov V.K., Pashinin A.S. Durable icephobic coating for stainless steel // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2013. V. 5. № 7. P. 2549–2554. https://doi.org/10.1021/am3031272
  23. Allahdini A., Jafari R., Momen G. Transparent non-fluorinated superhydrophobic coating with enhanced anti-icing performance // Prog. Org. Coat. 2022. V. 165. P. 106758. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2022.106758

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1

Скачать (191KB)
Метаданные
3. Рис. 1. РЭМ-изображения свежеприготовленной поверхности супергидрофобной эмали при различных увеличениях.

Скачать (508KB)
Метаданные
4. Рис. 2. Фотографии капель жидкостей с различными поверхностными натяжениями на супергидрофобной эмали.

Скачать (92KB)
Метаданные
5. Рис. 3. (а) Эволюция углов смачивания и скатывания при экспозиции в струе воды; (б) изменение угла смачивания и поверхностного натяжения при контакте с каплей воды.

Скачать (222KB)
Метаданные
6. Рис. 4. Эволюция углов смачивания и скатывания под действием циклов абразивного износа падающего песка.

Скачать (108KB)
Метаданные
7. Рис. 5. Эволюция углов смачивания и скатывания под действием циклов отрыва липкой ленты.

Скачать (126KB)
Метаданные
8. Рис. 6. 3D-топографические изображения поверхности супергидрофобной эмали до (а) и после (б) теста на отрыв липкой ленты, полученные на конфокальном микроскопе.

Скачать (847KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025