油田集输管道的结垢与腐蚀问题严重制约石油工业的高效开发与可持续发展。传统阻垢剂与缓蚀剂因药剂流失导致成本高、能耗大及环境污染等弊端，亟需开发新型长效防护技术。超疏水涂层凭借其表面空气膜特性在防垢防腐领域展现出潜力，但空气膜稳定性差、长效性不足及异相成核垢难以清除等问题限制了其工程应用。本研究创新性地提出将功能性添加剂（阻垢剂、金属离子螯合物及液体润滑剂）与超疏水涂层微纳结构相结合，通过构建动态界面屏障与协同抑制机制，显著提升涂层的防垢防腐性能与长效性。研究成果为油田管道防护提供了新策略，主要研究内容如下：
（1）阻垢剂功能化超疏水涂层的协同防垢机制
通过将乙二胺四乙酸（EDTA）负载于聚偏氟乙烯（PVDF）/碳纳米管（CNTs）超疏水涂层微纳结构中，制备的PVDF/CNTs-EDTA涂层表面结垢量较纯PVDF涂层降低49.4%。研究发现，涂层表面空气膜通过减少CaCO₃接触面积实现物理屏障作用，而界面处EDTA分子与Ca²⁺动态螯合（生成EDTA-Ca²⁺），显著抑制CaCO₃晶核形成。进一步采用兼具阻垢缓蚀功能的二乙烯三胺五甲叉膦酸（DTPMPA）构建PVDF/CNTs-DTPMPA涂层，其防垢性能较EDTA体系提升4.5%，防腐效率提高88.1%。DTPMPA-Ca²⁺螯合物不仅降低Ca²⁺浓度，还可诱导CaCO₃晶格畸变，抑制晶体生长；同时DTPMPA作为阴极型缓蚀剂，通过阻滞电化学阴极反应显著增强防腐性能。
（2）金属螯合物耦合超疏水涂层的动态界面调控
基于阻垢剂-金属离子协同效应，开发了DTPMPA-Cu/阳极氧化铜（ACO）超疏水涂层，其表面结垢量较ACO基底降低55.9%。该涂层通过空气膜物理屏障与DTPMPA-Ca²⁺螯合双重作用抑制CaCO₃核，且溶液中微量DTPMPA-Cu²⁺可吸附于晶体表面阻碍生长。进一步构建EDTA-Cu-Zn/ACO复合涂层，结垢量降低79.7%，CaCO₃晶相以热力学不稳定文石为主。研究表明，涂层中EDTA及其螯合物（EDTA-Cu²⁺、EDTA-Zn²⁺）的动态释放可有效抑制晶核形成，同时在3.5% NaCl溶液中浸泡7天后阻抗值仍保持10⁷ Ω·cm²以上，归因于螯合物的缓蚀协同效应。
（3）液体润滑剂强化长效防护性能
为突破传统超疏水涂层长效性瓶颈，将聚α-烯烃（PAO）引入PVDF/TiO₂涂层形成液体屏障，制备的PAO/PVDF/TiO₂涂层在360小时CaCO₃过饱和溶液中结垢量降低52.2%，且150天盐雾浸泡后电化学阻抗值稳定于10¹⁰ Ω·cm²（较对照组高4个数量级）。PAO液体层通过降低表面黏附能阻碍晶体附着，同时阻隔腐蚀介质渗透，实现了物理-化学双效协同防护。
创新点与工程价值：本研究突破单一超疏水涂层依赖空气膜的局限性，提出“物理屏障-化学螯合-动态释放”多机制协同策略：（1）通过微纳结构负载功能性添加剂实现界面动态调控；（2）揭示阻垢剂-金属螯合物对晶体成核、生长及晶相转变的影响规律；（3）构建液体润滑屏障显著提升涂层长效性。所开发的复合涂层在防垢效率（最高达79.7%）、防腐性能（阻抗提升4个数量级）及耐久性（150天稳定防护）方面均取得突破，为油田管道防护提供了兼具高效性与环境友好性的解决方案，具有重要工程应用前景。
 

超疏水涂层；阻垢剂；防垢防腐；金属离子螯合物；动态界面调控；协同机制