获奖项目名称：

Ti3C2TxMXene功能化树脂涂料创新及应用

第一完成单位：

西南交通大学

项目联系人：

樊小强

联系人电话：

18780173231

联系人邮箱：

fxq@home.swjtu.edu.cn

项目简介：

  我国每年因腐蚀造成的经济损失占国内生产总值(GDP)的3.34%，总成本超过21000亿元；与此同时，我国70%~80%的机械设备因摩擦磨损而损坏失效的成本亦超过万亿元。重大装备及其基础设施在实际服役工况环境下的腐蚀和磨损交互作用使其材料的损伤速率比单一作用成≥4倍增加，严重威胁装备及设施全寿命周期高功效安全服役。树脂涂料因适应性强、高效便捷、经济节约而受到青睐，特别是阻隔剂、缓蚀剂作为树脂涂料中不可或缺的功能添加剂，发挥着优化涂料性能及多功能设计的关键作用。因此，开发自主知识产权阻隔剂、缓蚀剂对涂料行业的发展和高端装备安全性具有十分重要的价值与意义。
  该项目提出了从原子、分子级调控并设计Ti₃C₂T_X MXene基复合阻隔剂和缓蚀剂的理念,（1）Ti₃C₂T_X MXene填料研制及其与树脂基体强界面调控：采用超临界刻蚀技术实现了Ti₃C₂T_X MXene高产率制备及其刻蚀过程中原位引入原子悬键和端基，再与有机分子发生交联或化学键合作用，攻克了Ti₃C₂T_X MXene二维纳米材料在树脂中超长分散稳定性、强界面相互作用和空间构型定向排布的技术难题；（2）Ti₃C₂T_X MXene基复合填料功能化设计：结合有机分子化学吸附作用，设计开发了有机缓蚀剂负载于Ti₃C₂T_X基面的功能性复合填料，兼备阻隔和缓蚀及自修复功能，实现了从化学成分和组织结构两方面调控Ti3C2Tx复合添加剂多功能的目标；（3）Ti₃C₂T_X MXene复合填料增强树脂涂层研制及其构性关系：基于前述2点创新成果，开发了Ti₃C₂T_X MXene复合填料增强的多功能树脂涂料系列产品，采用实验与理论相结合的分析技术，揭示了Ti₃C₂T_X MXene功能树脂涂层“多场耦合-化学成分-微观结构-多相界面”演变响应机制；（4）Ti₃C₂T_X MXene复合填料增强树脂涂层验证及工程应用：开展了Ti₃C₂T_X MXene功能树脂涂层多领域工程应用及防护性能验证，检验了涂层在多变工况环境条件下磨蚀防护功效和服役寿命及其防护失效的本质。
  基于上述创新成果，开发了具有自主知识产权的Ti₃C₂T_X MXene功能化树脂涂料系列配方，建立了面向多工况环境用Ti₃C₂T_X MXene增强功能涂料系列产品，实现Ti₃C₂T_X MXene功能涂料在航空飞行器、高速列车、吊索桥和混凝土桥墩等的批量示范应用，有效解决了因极端天气、环境介质和多变工况耦合导致的装备及设施磨损、腐蚀、老化、介质侵蚀和冰冻等问题，实现了树脂涂层集强韧性、防腐耐磨性、耐候性、多环境适应性及自修复性于一体的功能表面涂装技术。
项目成效显著，授权国家发明专利12项，发布企业标准3项、地方标准1项；发表SCI论文58篇（ESI高被引论文15篇），SCI他引4800余次。截至2024年09月，该项科研成果成功研发的Ti₃C₂T_X MXene功能化树脂涂料系列产品年产量达到1200吨，直接经济效益超过3000万元，其中实现利税900余万元。随着Ti₃C₂T_X MXene功能化树脂涂料产品市场应用的不断拓展，特别是面向极端苛刻工况环境多功能防护涂料的迫切需求，预期未来五年销售额将超过亿元，实现利税达千万级。
  该项目成果的应用不仅助力高端装备制造业的发展，更促进了高端装备高价值附属产业-涂料行业高性能填料及其功能涂料的自主化开发和发展，提高了涂料产品的综合应用性能和长效防护的可靠性，减少了装备及设施运行维护成本；特别是打破了国外抑制剂技术封锁和市场垄断，提升了中国制造及其附属产品国际形象，为装备制造业及涂料涂装行业产品参与国际竞争提供了有利的技术保障。