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原文传递微纳多尺度超疏水涂层的制备及隧道内壁应用研究

论文题名：	微纳多尺度超疏水涂层的制备及隧道内壁应用研究
关键词：	公路隧道;超疏水涂层;微纳结构;自清洁性能;耐磨性
摘要：	随着现代公路建设中隧道设计比重不断的增加，我国隧道的数量日趋增长，然而在当前环境污染不断加剧的情况下，隧道内的清洁问题也日益显著。通过在隧道内壁涂覆一种超疏水材料，基于超疏水表面的自清洁性能，可以极大地提升隧道内壁的清洗效率，延长清洗周期，降低清洁成本，从而很好地解决隧道内壁的清洁问题。　　本文通过简便经济的方法制备出了一种新型的微纳多尺度超疏水涂层，对涂层的相关基本性能进行了考察；结合目前隧道内壁常用的表面材料，对其在瓷砖、隧道板以及混凝土表面的各项应用效果进行了评价；最后对涂层在隧道内壁的施工工艺进行了探索，初步尝试了在实际隧道内壁的施工应用。本文的主要研究内容与结论如下：　　（1）基于超疏水涂层耐磨性的提升方法，利用SiO2与凹凸棒土构造了涂层表面更为耐磨的微纳多尺度结构；利用含有聚二甲基硅氧烷的高分子胶体作为涂层的低表面能修复材料引进了涂层的自修复结构；最终制备的微纳多尺度超疏水涂层水接触角为153.49±0.5°，滑动角为2.2°±0.2°。　　（2）微纳多尺度超疏水涂层的各项基本性能测试表明，制备的涂层具有了较好的耐磨性，在50g砝码下的砂纸磨损试验中经过18次20cm的磨损循环仍能保持140°的高水接触角；涂层具有了一定的自修复能力，在一定程度的机械磨损下以及强酸强碱溶液的破坏下都可以通过高温加热实现其超疏水性能的恢复；涂层拥有较好的耐水耐盐稳定性，在48小时的清水浸泡与12小时的盐水浸泡后涂层都能维持较好的超疏水性能。此外微纳多尺度超疏水涂层还具有优异的耐紫外老化性以及一定的耐低温稳定性。　　（3）微纳多尺度超疏水涂层在三种常用的隧道内壁基底材料上的应用性能测试表明，制备的涂层可以较好的在三种不同基底表面进行应用，其中在瓷砖基底上的水接触角为148.5°±1.5°，隧道板基底上的水接触角为151.5±1.0°，混凝土基底上的水接触角达到了152.5°±1.0°。自清洁试验表明，三种基底表面在涂覆微纳多尺度超疏水涂层后水滴都可以轻易地将表面的污染物带走，三种样品都具备了优异的自清洁性能。附着力等级评定表明，该涂层在混凝土与隧道板上的附着力等级为1级，在瓷砖表面为2级，涂层涂覆在三种基底上都拥有了良好的附着力。防水试验结果表明涂层涂覆在混凝土基底与隧道板基底上具有更好的防水抑制效果；此外除冰试验结果表明涂层能够大幅度地提升瓷砖表面与混凝土表面的除冰能力。最终通过各项应用效果的综合对比我们认为涂层在三种基底材料上应用效果的优劣排序为：混凝土gt;隧道板gt;瓷砖。　　（4）基于超疏水涂层在隧道内壁的实地应用研究，首先对微纳多尺度超疏水涂层样品进行了在隧道环境下长达40天的户外放置测试，测试结果表明涂层具备了良好的耐污性与长期的自清洁能力。最后结合课题项目初步开展了涂层在真武山隧道内壁与小泉隧道内壁的施工应用，成功地利用喷涂工艺将超疏水涂层制备到了隧道内壁表面，喷涂后的隧道内壁拥有了良好的超疏水效果与自清洁能力。
作者：	蔡俊豪
专业：	交通运输工程
导师：	鲁浈浈
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022