硅烷功能化的共价有机框架-环氧纳米复合涂层在先进混凝土污水管道保护中的应用

《ACS Applied Engineering Materials》：Silane-Functionalized Covalent Organic Framework-Epoxy Nanocomposite Coatings for Advanced Concrete Sewer Protection

本研究开发了一种APTES修饰的COF增强环氧涂层，有效提升混凝土下水道对生物硫酸腐蚀的防护性能，实验与DFT模拟证实其通过改善水稳定性和分子相互作用实现抗腐蚀增强。

　　

由于生物生成的硫酸腐蚀，混凝土污水基础设施会迅速恶化。本研究开发了一种共价有机框架（COF）增强的环氧复合涂层，以提高其在这种恶劣条件下的耐久性。首先合成了一个通过硼酸酯连接的COF，并用(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷（APTES）对其进行功能化处理，以增强其水解稳定性，然后将其掺入环氧树脂中。测试了不同APTES-COF含量（0–1.5 wt%）的涂层在水吸收、耐酸性、附着力和硬度方面的性能。在最佳含量1.5 wt%时，水吸收率从1.6%降低到0.09%，静态接触角从70.9°增加到91.2°，表明其疏水性得到了提高。在酸的作用下，质量损失仅限于4.05%，与纯环氧树脂和未涂层混凝土相比，分别提高了75.91%和83.85%。涂层的粘附强度增加到6.7 MPa，比未经改性的环氧树脂提高了59.52%。纳米压痕实验证实，由于交联网络更加紧密，涂层的硬度和模量也得到了提升。密度泛函理论（DFT）模拟结果显示，HOMO–LUMO能隙减小，偶极矩增大，这支持了更强的分子相互作用。总体而言，APTES-COF的掺入显著提高了混凝土的化学耐受性、防潮性能和机械完整性，为混凝土污水设施提供了有效的长期保护方案。这种结合实验和理论的方法为设计适用于恶劣环境的耐用涂层提供了关键见解。