液化天然气(LNG)作为公认的最清洁能源之一，对其储存技术的研究至关重要。全混凝土LNG储罐的内外罐均使用预应力混凝土建造，与传统的LNG储罐相比，其取代了9%镍钢内罐金属材料，大大缩短了建造时间并降低了成本，具有广阔的应用前景。但是，LNG的低表面张力和混凝土的多孔特性会导致LNG直接接触混凝土时发生渗透，带来安全隐患。因此，设计制备一种混凝土耐超低温抗液渗涂层对解决全混凝土LNG储罐的液密性问题和推进LNG储存技术的发展具有重要意义。

本项研究从全混凝土LNG储罐存储液化天然气的实际工况需求出发，设计了表面疏油层和底部抗渗层的复合涂层结构，制备了一种耐超低温抗液渗的改性纳米二氧化硅-树脂复合涂层（图1）。

图 1 改性纳米二氧化硅-树脂复合涂层制备工艺

对涂层进行疏油性、抗渗性及耐超低温性进行测试。结果表明，涂层对小分子烷烃油的接触角＞150°，具有优异的疏油性。液氮冷冻处理24h后，接触角仍保持在150°以上，表现出良好的超低温稳定性（图2）。

图 2 （a-c）矿物油在普通试块表面、涂层试块表面、超低温处理涂层试块表面浸润状态；（d）涂层试块对矿物油、乙二醇、二碘甲烷、正十六烷、水的接触角；（e）涂层疏油示意图；（f）涂层试块随液氮冷冻处理时间接触角的变化

表面疏油层与底部抗渗层的复合结构对小分子烷烃油具有“双重抗渗”功能，与未涂覆涂层的试块相比，涂层试块对矿物油的吸油率下降幅度超过90%。超低温处理后，涂层试块对矿物油的吸油率下降幅度仍可超过80%，表现出优异的耐超低温性能（图3）。这种复合涂层有望显著提高全混凝土LNG存储罐的液密性，在各种超大型低温储液设备和极端环境下的建筑结构中具有广泛的应用前景。

图 3 （a）普通试块、涂层试块、超低温冷冻处理涂层试块对矿物油、正十六烷、正庚烷吸油率对比；（b）复合涂层表面改性纳米二氧化硅层抗渗示意图；（c）复合涂层底部树脂层抗渗示意图

本项研究成果受到国家自然科学基金、科技部“十四五”重点研发计划等项目支持。蒋正武教授可持续混凝土团队多年来一直致力低碳先进土木工程材料可持续化理论与方法的研究主线，近5年累计在Advanced Materials、CCR、CCC、CBM等期刊发表SCI论文70余篇。

上述研究已发表在Elsevier出版集团Progress in Organic Coatings杂志，欢迎大家在以下链接下载浏览：

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