基于粉煤灰的环保型超疏水涂层制备及其自清洁、抗冰与防腐性能研究

针对传统防冰防腐方法能耗高、污染大的问题，研究人员以工业固废粉煤灰(FA)为基材，通过两步喷涂法构建了ER/FA@PDMS/SiO2超疏水涂层。该涂层具有微纳复合粗糙结构(WCA=156.4°±0.8°)，展现出优异的机械稳定性、自清洁性及抗冰/防腐性能，为固废高值化利用和环保型功能涂层开发提供新思路。

　　

在工业生产与日常生活中，设备结冰和金属腐蚀不仅造成巨大经济损失，还可能引发安全事故。传统解决方案如喷洒防冻剂、电加热或阴极保护，往往存在能耗高、环境污染等问题。如何通过材料表面改性实现长效防冰防腐，成为亟待突破的技术瓶颈。超疏水涂层因其独特的空气阻隔效应（符合Cassie-Baxter润湿模型）展现出巨大潜力，但现有技术普遍依赖有毒含氟试剂且机械稳定性差，严重制约实际应用。

针对这一挑战，来自华通蓝天环保科技有限公司等机构的研究团队创新性地利用工业固废粉煤灰(FA)作为核心原料，通过两步喷涂法成功制备出ER/FA@PDMS/SiO₂多功能超疏水涂层。这项发表于《Surface and Coatings Technology》的研究，首次实现了FA在超疏水涂层领域的规模化应用，其核心突破在于：通过FA的多孔结节结构与纳米SiO₂的协同作用，构建出具有"内外同质"特性的微纳复合粗糙表面，即使表层受损仍能保持超疏水性。

关键技术方法包括：1）以环氧树脂(ER)为成膜基质，FA为多孔填料制备底层；2）采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)修饰降低表面能；3）通过喷涂工艺将纳米SiO₂嵌入涂层表面。研究团队系统优化了FA(30wt%)、PDMS(15wt%)和SiO₂(10wt%)的配比，确保涂层性能最大化。

【材料表征】
XRD和FT-IR分析证实FA中SiO₂/Al₂O₃与PDMS成功键合，SEM显示涂层表面呈现典型的微米级FA颗粒与纳米SiO₂构成的层级结构，这种特殊形貌使水接触角达156.4°±0.8°，滑动角仅4.5°±0.1°。

【机械性能】
经过砂纸磨损(1000次)、胶带剥离(50次)和紫外线照射(168h)等测试后，涂层仍保持WCA>150°，这归因于FA形成的多孔结构能储存PDMS/SiO₂，在表面受损时内部物质可迁移补充。

【功能验证】
防冰测试显示涂层能延迟水滴冻结时间达1280秒，电化学测试表明其腐蚀电流密度比裸金属降低两个数量级。自清洁实验证明涂层可有效排斥污染物，保持表面洁净。

该研究的重要意义在于：1）开创了工业固废FA的高值化利用新途径；2）开发的氟free配方更环保；3）"内外同质"设计解决了机械稳定性难题。Weitao Song等研究者通过巧妙的材料组合与结构设计，为开发低成本、耐用的功能涂层提供了普适性策略，在电力设备、船舶防腐、建筑防冰等领域具有广阔应用前景。研究同时启示，工业固废的特殊结构可能成为功能材料开发的"宝藏"，这种资源化利用模式兼具经济与环境效益。