改性六方氮化硼与纳米氧化铜协同增强环氧树脂涂层的防垢性能研究

为解决工业设备表面结垢导致的能效下降和腐蚀风险，研究人员通过表面功能化改性技术开发了h-BN/CuO/EP复合涂层。该涂层在过饱和CaCO3溶液中浸泡120小时后，垢量仅0.7324 mg/cm2，防垢率较单填料体系提升60.7%（vs CuO/EP）和42.9%（vs h-BN/EP），且诱导85%亚稳态文石相CaCO3生成。研究揭示了物理屏障、晶格失配和表面化学抑制三重协同机制，为高性能防垢涂层设计提供新范式。

　　

在工业生产的快速发展中，热交换设备和管道表面的结垢问题已成为制约能效和设备寿命的关键因素。传统化学阻垢剂虽有效但易造成二次污染，而常规物理防垢涂层又因功能单一、界面附着力弱难以满足复杂工况需求。环氧树脂(EP)虽具有优异的界面结合力和耐化学腐蚀性，但纯EP固化后存在内应力大、脆性高等缺陷。如何通过纳米材料改性赋予涂层长效防垢能力，成为表面工程领域的重要挑战。

来自大庆师范学院的研究团队在《Progress in Organic Coatings》发表研究，通过3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和多巴胺分别修饰纳米氧化铜(CuO)与六方氮化硼(h-BN)，采用超声分散-喷涂工艺制备了改性h-BN/CuO/EP复合涂层。关键技术包括：表面功能化改性（FTIR验证）、接触角测量（评估疏水性）、XRD分析（CaCO_{3晶型鉴定）以及电化学阻抗谱（EIS）测试。}

【材料与试剂】
选用6061铝合金基板，通过KH550修饰CuO、多巴胺修饰h-BN，结合E44环氧树脂与651聚酰胺固化剂构建复合体系。

【FTIR分析】
改性CuO在1108 cm^-1出现Si-O-Cu特征峰，h-BN在1620 cm^-1显现多巴胺苯环振动峰，证实氨基成功接枝。

【防垢性能】
复合涂层表面CaCO_{3沉积量较单组分体系显著降低，文石相占比达85%（常规方解石相仅15%），其高溶解度使垢层疏松易脱落。}

【协同机制】
1）物理屏障：h-BN层状结构延长介质扩散路径；2）晶格失配：CuO(111)面与CaCO_{3(104)面产生4.7%晶格错配度；3）化学抑制：-NH2基团螯合Ca²⁺抑制晶核生长。}

该研究创新性地实现了：① 接触角从97.8°提升至128.1°的超疏水表面构建；② 三重协同防垢机制的理论阐释；③ 适用于海洋工程/石化管道的长效防护技术方案。通过界面调控与多机制协同策略，为智能防护涂层的开发提供了可推广的技术范式。