石油化工管道和设备中的原油粘附、石蜡沉积和腐蚀问题，长期影响着石油工业的安全和高效生产，严重时会造成巨大的安全和经济问题。对面极端工况下的油气管道和装备的抗原油粘附、抗结蜡和腐蚀防护的重大需求，涂层防护作为一种高效且经济的防护技术受到了广泛关注和研究。然而，现有涂层普遍存在抗原油粘附力差、易结蜡和耐腐蚀性不足等问题，限制了功能涂层及其应用进一步发展。同时具有拒油/拒水性质的功能一体化超双疏涂层可作为一种理想的防护涂层，以更好地满足上述需求。然而，现有的超双疏涂层设计和制备及耐久性方面仍难以解决上述难题。此外，如何关联和揭示超双疏涂层的微观结构、拒液性和抗油/防蜡性能之间的关系，也是期待解决的问题。

  针对上述问题，天津大学汪怀远教授团队基于仿生策略，采用喷涂技术制备了一种具有多功能的超双疏涂层(OCA = 152.1±0.4°，OSA = 8.2±0.8°)。为模拟具有超双疏特性的弹尾虫角质层结构，作者在中空玻璃微球表面原位负载了二氧化硅纳米颗粒，并加以低表面能化改性(F-HGM@SiO₂)，同时引入氟化纳米二氧化硅(F-SiO₂)到聚偏氟乙烯(PVDF)树脂基质中，在获得的PVDF/F-HGM@SiO₂/F-SiO₂涂层表面成功构建了独特的微/纳/纳分级粗糙结构。精心设计的粗糙结构与低表面能基团相结合，形成了稳定的气膜，使涂层具有出色的抗原油粘附性能。此外，基于自行设计的测试装置，该涂层具有良好的防蜡沉积率(R = 82.76%)。在对涂层的形貌、润湿性和防蜡性能进行分析的基础上，阐明了涂层的拒液性和防蜡机理，揭示了两者之间不可分割的关系。通过机械和化学损伤测试，证实涂层在外力损伤和腐蚀性介质环境下的优异耐久性。因此，基于仿生策略的超双疏涂层有望为抗原油粘附和防蜡涂层的设计及制备带来新的启发，在含油及腐蚀性环境中具有广阔的应用前景。

  近日，上述研究成果以“Endowing versatility and superamphiphobicity to composite coating via a bioinspired strategy”为题发表在《Chemical Engineering Journal》上，论文的第一作者为天津大学化工学院博士生彭建文，通讯作者为天津大学化工学院汪怀远教授。

图1：(a1, a2, b) PVDF/F-HGM，(c1, c2, d) PVDF/F-HGM/F-SiO₂，(e1, e2, f) PVDF/F-HGM@SiO₂和(g1, g2, h) PVDF/F-HGM@SiO₂/F-SiO₂涂层的表面形貌及三维轮廓图像。

 图2：(a-c) PVDF/F-HGM、PVDF/F-HGM@SiO₂和PVDF/F-HGM@SiO₂/F-SiO₂涂层的表面形貌示意图。(d-f) PVDF/F-HGM、PVDF/F-HGM@SiO₂和PVDF/F-HGM@SiO₂/F-SiO₂涂层顶部抗原油润湿示意图。

图3：(a-d) 涂层抗石蜡粘附性能；(e)不同涂层样品的防蜡沉积性能；(f) 自制冷指管示意图；(g) 不同涂层样品的蜡沉积测试后的照片；(h) PVDF/F-HGM@SiO₂/F-SiO₂涂层蜡沉积前后的XPS总谱图。

图4：(a1, a2) 碳钢表面和(b1, b2) PVDF/F-HGM@SiO₂/F-SiO₂涂层碳钢表面的防蜡沉积机理示意图

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140772