氟树脂硅溶胶复合涂层的制备和超疏水性能研究
含氟聚氨酯微纳米二氧化硅超疏涂层研究
除 ＩＰＤＩ 以外其他原料在使用前需进行脱水处理。
的表面结构（ 微 ／ 纳米级分层结构） 和低表面能物质
天赛德科技有限公司；二氧化硅（ 白炭黑） ，平均粒
。
Ｍ⁃５，平均团聚粒径 ６０ ｎｍ，卡博特化工有限公司；环
叶子、昆虫翅膀和腿等
的组合
［２］
［１］
，经过分析都归因于粗糙
摘 要： 采用有机 ／ 无机复合的方法，将含氟聚氨酯（ ＦＰＵ） 稀溶液薄涂在自制的微纳米二氧化硅 ／
环氧树脂复合基板上制备了稳定性良好的超疏涂层。 通过 ＳＥＭ、ＡＦＭ 和 ＸＰＳ 测试，研究了超疏涂
层表面的形貌和元素组成；经过表面接触角、耐腐蚀性和耐溶剂性测试以及砂纸磨蚀测试，讨论了
ＦＰＵ 对涂层的表面性能、化学稳定性和机械稳定性的影响。 结果表明，制备的超疏涂层具有良好
板上滴 涂 薄 涂 Ａ 悬 浮 液， 表 干 后 １１０ ℃ 固 化 ３０
ｍｉｎ。 共薄涂 ３ 层，制得基板 Ａ。
将 ０ ６８ ｇ 白炭黑、０ ２３ ｇ 二氧化硅 Ｍ⁃５ 和 ０ ８３
ｇ Ｅ４４ 加入到 ３０ ｇ 无水乙醇 ／ 乙酸乙酯 ／ 乙二醇丁醚
（５ ∶３ ∶２） 混合溶剂中，室温下搅拌 ３０ ｍｉｎ，超声分散
１ １ 主要原料及预处理
异佛尔酮二异氰酸酯（ ＩＰＤＩ） ，国药集团化学试
剂有限公司；全氟己基乙基醇（ ＴＥＯＨ⁃６） ，辽宁恒通
将 ＰＴＭＧ⁃１０００（７ ０ ｇ，７ ｍｍｏｌ） 和 ＴＭＰ（０ ９４ ｇ，
烧瓶中。 滴加 ＩＰＤＩ（９ ３３ ｇ，４２ ｍｍｏｌ） ，８５ ℃ 反应 ２
至 ７５ ℃ 滴加 ＢＤＯ（１ ２６ ｇ，１４ ｍｍｏｌ） ，反应 ２ ｈ。 最
超疏水涂层的制备与应用
超疏水涂层的制备与应用在当今科技迅速发展的时代，材料科学领域不断涌现出各种创新的成果，超疏水涂层便是其中备受瞩目的一项。
超疏水涂层因其独特的性能，在众多领域展现出了广阔的应用前景。
一、超疏水涂层的基本概念超疏水涂层，顾名思义，是一种具有超疏水特性的表面涂层。
当水滴与这种涂层表面接触时，会形成较大的接触角（通常大于150 度），并且水珠能够轻易地滚落，带走表面的灰尘等污染物，实现自清洁的效果。
超疏水现象主要源于表面的微观结构和低表面能物质的共同作用。
在微观层面，表面通常具有粗糙的纹理或微纳结构，这增加了表面的实际接触面积，使得水滴难以浸润。
同时，涂层中含有的低表面能物质，如氟化物、硅烷等，进一步降低了表面的能态，增强了疏水性能。
二、超疏水涂层的制备方法1、模板法模板法是制备超疏水涂层的常用方法之一。
通过使用具有特定微观结构的模板，如纳米多孔氧化铝模板、光刻胶模板等，将材料填充到模板的孔隙或凹槽中，然后去除模板，从而获得具有特定微观结构的超疏水涂层。
2、溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种基于化学反应的制备方法。
首先制备含有前驱体（如硅烷）的溶胶，然后通过凝胶化、干燥和热处理等过程，形成具有超疏水性能的涂层。
这种方法可以在不同的基底上制备均匀的涂层，并且可以通过调整反应条件来控制涂层的性能。
3、化学气相沉积法化学气相沉积法是在高温和真空条件下，将气态的反应物质引入反应室，在基底表面发生化学反应并沉积形成涂层。
通过选择合适的反应气体和控制反应条件，可以制备出具有特定结构和性能的超疏水涂层。
4、电化学沉积法电化学沉积法是在电场的作用下，将溶液中的离子在电极表面还原并沉积形成涂层。
这种方法可以精确控制涂层的厚度和结构，并且适用于在导电基底上制备超疏水涂层。
三、超疏水涂层的应用领域1、自清洁领域超疏水涂层的自清洁特性使其在建筑外墙、玻璃幕墙、太阳能电池板等表面具有广泛的应用前景。
建筑外墙上的超疏水涂层可以减少灰尘和污垢的附着，降低清洁成本；玻璃幕墙上的超疏水涂层可以使雨水迅速滚落，保持表面的清洁和透明度；太阳能电池板表面的超疏水涂层可以减少灰尘的积累，提高发电效率。
溶胶-凝胶法制备PTFE／SiO2疏水涂层
玻璃 、金 属 表 面 。很 多 研 究 者 ＿ 过 改 性 Ｆ １ 通 卜Ｈ Ｅ 表面 而 引入 其 他 基 团来 提 升 它 和 其 他 基 体 的 粘 接 能 力 ，或者 在修 饰 Ｐ Ｆ Ｔ Ｅ表 面使有 一 定 的 粗糙 结 构 而 达 到超 疏水 性能 ¨ 卜 Ｊ 。不 过 这 些 过 程 复 杂 ，设 备 昂 贵
ｔ ｇｐ ｌ ｅ ａ ｕ ｒｅ ｙｅ ｅ （ Ｆ ｉ ｏ ｔ ｒ？ ｏｏｔ ｌ ｎ ｙｔ ｈ ｎ Ｅ） ｅ ｕｓ ｎａ ｄｓ ｉ ｏ． Ｃ ａ ｎ ｓｅｈｂｔ ｙ ｒｐ ｏ ｉ ｐｏ ｅｔ ｗ ｔ ｍ ｌ ｏ ｎ ｉｃ ｓ１ ｏｔ ｇ ｘ ｉｉ ｄｈ ｄｏｈ ｂｃ ｒｐ ｒ ｉ ｉ ｌａ ｉ ｅ ｙ ｈ
影响 。
关键词 ：溶胶 一凝胶 ；聚四氟 乙烯乳液 ；硅 溶胶 ；聚乙烯醇 ；接触角 中图分类号 ：Ｔ ３６ ３ ３ Ｑ ２ ． Ｑ １． ３ ；Ｔ ３ ５ ４ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ ５７ （０ ２ ２— １２— ４ ０ ５— ７ ０ ２ １ ）０ ０ １ ０
Ｐ ｅ ａ ａ ｉｎ ｏ ＴＦ Ｓ Ｏ Ｈｙ ｒ ｐ ｏ ｉ ａｉ ｇ ｖ ａ Ｓ ｌｇ ｌＰ ｏ ｅ ｓ ｒ ｐ ｒ ｔ ｆＰ Ｅ／ ｉ ２ ｏ ｄ ｏ ｈ ｂ ｃ Ｃｏ ｔｎ ｉ ｏ 。 ｅ ｒ ｃ ｓ
ｈ ｇ ｔ ｒｃ ｎ ａ ｔａ ｇｅ ｏ ２ ． Ｄｉｉａ ｃ ｏ ｃ ｐｅ ｓｕｄ ｅ ｄ ｓ ｗｎ ａ ｍｉ ｒ ｕ ｓｉ ｕ ｆｃ ｏ ｏ ｒ ｐｈ ． ｉｈ ｗａｅ ｏ ｔ ｃ ｎ ｌ ｆ１ ６。 ｇｔｌｍｉｒ ｓ ｏ ｔ ｉｓｈａ ｈｏ ｃ ｏ ｂ ｍｐ ｎ ｓ ｒａ ｅ ｔｐ ｇ ａ ｙ Ｌｏ ｓ ｆｃ ｎ ｒ ｙ ｏ ＦＥ ａ ｄ ｍｉ ｒ ｕ ｓｓｒ ｃ ｕ ｅ ｗａ ｅ ｐ ｎ ｉ ｌ ｏ ｈ ｙ ｒ ｐ ｏ ｉｉｙ ｏ ｅ ｃ ａ ｉ ｇ ． ｗ ｕｒａ ｅ ｅ ｅ ｇ ｆ ｎ ｃ ｏ ｂ ｍｐ ｔｕ ｔ ｒ ｓｒ ｓ ｏ ｓｂ ｅ ｆｒｔ ｅ ｈ ｄ ｏ ｈ ｂｃ ｔ ｆｔ ｏ ｔｎ ｓ ｈ
氟硅丙烯酸聚氨酯疏水涂层的构效关系研究
氟硅丙烯酸聚氨酯疏水涂层的构效关系研究针对丙烯酸树脂存在的一些缺陷,人们常采用共聚、接枝、交联和共混等方法对其进行改性,进而得到高性能的丙烯酸树脂。
有机氟树脂和有机硅树脂具有优异的疏水性、耐腐蚀性、耐低温性、热氧化稳定性和防粘性等性能。
纳米SiO2(nano-SiO2)独特的纳米效应使其具有很多优异的性能,而被广泛应用于功能涂料领域。
本论文以丙烯酸酯类单体、端乙烯基硅化合物、有机氟单体和nano-SiO2等为原料,采用自由基聚合法合成氟硅丙烯酸树脂,再与异氰酸酯类固化剂交联制备疏水涂层。
具体内容如下:1、利用硅烷偶联剂(Kh570)对nano-SiO2进行改性后,与丙烯酸类单体通过溶液自由基聚合法合成nano-SiO2/含氟丙烯酸树脂(SiO2-FPEA),再与异氰酸酯交联固化,制备nano-SiO2/含氟丙烯酸聚氨酯(SiO2-FPAU)涂层。
通过红外光谱、扫描电镜、热重分析、力学性能测试和耐老化性能测试等手段,对涂层的结构和性能进行分析。
结果表明,所制备的SiO2-FPAU涂层具有很好的疏水性,nano-SiO2可以在涂层表面形成微纳米的粗糙结构;三维交联网状结构的SiO2-FPAU涂层可以赋予涂层更好的力学性能、耐水性、耐化学试剂性、热稳定性和耐老化性,经化学溶液长时间浸泡后不产生明显的外观缺陷,人工老化720 h后失光率低于30.0%。
2、以含有羟基、羧基、烷基或含氟烷基的丙烯酸酯以及端乙烯基硅化合物为单体,通过乳液自由基聚合法得到了水性氟硅丙烯酸树脂(WFSiPA)乳液,再与水性异氰酸酯固化剂混合制备双组份涂料。
主要研究了反应温度、引发剂用量、乳化剂用量、功能单体用量对聚合反应和乳液性能的影响,以及有机氟、有机硅单体和固化剂对涂层性能影响。
结果表明,乳液聚合适宜条件为:温度在75℃～80℃之间,引发剂为0.4%～0.6%,乳化剂用量为3.5%,丙烯酸为3.0%,有机硅单体不超过7.0%,有机氟单体不超过16.0%。
改性SiO2聚硅氧烷无氟超疏水涂层的制备及性能
摘要：为了提高基体材料的防污能力，在基体表面制备了一种无氟超疏水复合涂层。
首先，使用十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）对二氧化硅（SiO2）微纳米颗粒进行疏水改性，其次，将改性后的SiO2颗粒与有机硅烷混合，利用硅烷的水解、聚合在基体材料的表面得到一层稳定的无氟超疏水复合涂层。
采用FTIR、TGA、SEM、AFM和接触角测量仪对涂层的化学组成、表面微观结构和疏水性能进行表征。
结果表明：复合涂层表面具有微纳米尺度的粗糙结构，并具有优异的自清洁性和耐磨损性；未磨损前接触角达151°，磨损100周次后接触角进一步提高至161°。
结论（1）通过FTIR和TGA对改性前后SiO2颗粒进行分析，表面含有大量硅羟基的SiO2颗粒能与HDTMS反应，在SiO2颗粒的表面引入疏水性烷基长链，制备出疏水性改性的微纳米SiO2颗粒。
（2）将疏水微纳米SiO2颗粒与MTES和DEDMS在酸性条件下水解制备得到的疏水涂料可以涂覆在多种基材表面，其中含有2.00 g疏水微纳米SiO2颗粒，1.34 g MTES、0.74 g DEDMS配方的涂料经120 ℃干燥固化可得到无氟超疏水复合涂层，涂层表面水滴的静态接触角为151°，具有自清洁性能。
（3）有机硅烷将微纳米尺寸疏水SiO2颗粒固定在基体表面可以制备具有耐磨损性能的无氟超疏水涂层。
并且，通过接触角、SEM和AFM测试表明，摩擦可以进一步提高涂层表面粗糙度，进而增强涂层表面的超疏水性能，磨损后接触角从151°提高至161°。
本文利用HDTMS改性SiO2颗粒，用改性后SiO2颗粒和有机硅烷在基体表面制备一种无氟超疏水涂层，与含氟超疏水涂层相比，该涂层制备工艺简单、成本低、污染少，拓宽了基体使用范围，在金属、建筑、纺织等防污领域方面具有很好的应用前景，对无氟耐磨损超疏水涂层材料的开发具有一定的参考意义。
图文导读制备过程反应机理。
超疏水涂层的制备
超疏水涂层的制备
嘿，朋友！你知道超疏水涂层吗？这玩意儿可神奇啦！简单来说，超疏水涂层就是一种表面能特别低的涂层，水在它上面就像在荷叶上一样，几乎不会沾湿，会形成水珠滚来滚去。
它能让各种材料表面拥有超强的疏水性能，无论是金属、塑料还是玻璃，都能变得超级防水。
超疏水涂层的制备方法
1. 化学气相沉积法
这个方法就像是给材料表面做一场“化学魔法”。
通过气体的化学反应，在材料表面沉积出一层薄薄的超疏水涂层。
就好像是给材料穿上了一层超级防水的“魔法外衣”。
2. 溶胶凝胶法
这种方法呢，先把各种化学物质混合成溶胶，然后经过一系列处理变成凝胶，最后涂在材料表面。
听起来有点复杂，但是效果可是杠杠的！
3. 静电纺丝法
想象一下把材料“纺”成细丝，然后在细丝上形成超疏水涂层。
是不是很有趣？这种方法能让涂层的结构更加精细，疏水效果也更好。
超疏水涂层制备的注意事项
1. 材料的选择要合适
不同的材料可能需要不同的制备方法和处理步骤，所以一定要选对材料哦，不然可就白忙活啦。
2. 实验环境要干净
一点点的灰尘或者杂质都可能影响涂层的质量，所以一定要保证实验环境的清洁。
3. 操作步骤要严谨
每一个步骤都要按照规定来，不能马虎，不然可能得不到理想的超疏水涂层。
怎么样，是不是对超疏水涂层的制备有了一些了解呢？。
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第７期段辉等：氟树脂／硅溶胶复合涂层的制备和超疏水性能研究
表１各种溶胶一凝胶参数、溶胶（ｓ０１）与ＦＲ（以纯ＦＲ量计算）及ＦＲ与唧重量比
无裂纹无裂纹无裂纹ＧＨＩ
２．２接触角
通常，水滴在光滑表面的接触角最大不超过１２０。
，这是通过单纯表面化学改性所能达到的接触角的极限值［１］。
从表１可见，复合材料表面对水的接触角均大于本实验中纯ＦＲ表面的接触角１０２。
（图１ａ）。
由此说明，复合材料形成的涂层表面存在着不同程度的粗糙度，从而在不同程度上增强了涂层的疏水性。
当ＦＲ／ｓｏｌ重量比＜１：１时，若ＰＴＦＥ用量过低，膜的刚性过大，使表面产生裂纹。
随着ＰＴＦＥ用量增大，减少了膜的刚性，所得到的涂层膜连续而无裂纹，并形成表面微观结构。
ＰＴＦＥ／ＦＲ的重量比＞ｏ．５：１时，则微米级结构占主导作用，使接触角迅速降低。
当树脂含量进一步增大时，表面粗糙度降低，使涂层表面的接触角迅速减小。
当ｓ０１／ＦＲ重量比为１：１，ＦＲ／ＰＴＦＥ重量比为１：ｏ．５时，ｏ．６肚Ｌ的水滴在涂层表面的接触角高达１５５。
（图１ｂ）．
图１不同涂层对ｏ．６“Ｌ水滴的接触角
ａ一纯ＦＲ涂层表面，ＣＡ一１０２。
．ｂ—Ｓｏｌ／ＦＲ重量比为１：１，踊／眦重量比为ｌ／ｏ．５时的涂层表面，ＣＡ＝】５５。
２．３表面微观结构及疏水性数学模型
由涂层表面的ＳＥＭ图可以看到，纯ＦＲ涂层表面平滑（图２ａ）。
图２ｂ表明，ＦＲ／Ｓｉ０２／ＰＴＦＥ复合涂层表面由３～１１灶ｍ的ＰＴＦＥ原始粒子和附聚体组成，类似荷叶表面微米结构中平均直径５～９肛ｍ的乳突［６］。
每个“乳突”上，分散着３００ｎｍ左右大小的Ｓｉ０２粒子。
这种微米结构与纳米结构相结合的阶层结构，与天然荷叶表面极其相似，是引起表面超疏水的根本原因。
图２不同样品涂层表面的ＳＥＭ图
ａ一纯碌涂层表面．ｂ—Ｓｏｌ／职重量比为１：１，Ｆ剐咖重量比为１：ｏ．５时的涂层表面
这种微米与纳米阶层结构类似于Ｋｏｃｈ曲线所描述的分形结构，据此，我们可以建立１个超疏水与阶层结构的数学模型。
即利用分形结构方程来计算粗糙因子，粗糙表面的接触角（ｅｔ）与光滑表面的接触角（０）之间有下列关系式：
．ｃ。
嘶一＾…吨ｃｏｓ臼一＾（１）式中，ｆｓ和ｆｖ分别为表面上固体与空气所占的分数（ｆ。
＋ｆ，一１）；Ｌ和１分别对应微米级“乳突”的直径和纳米结构的尺寸；Ｄ为分形维数。
Ｋｏｃｈ曲线是瑞典数学家Ｋｏｃｈ于１９０４年提出的，该曲线的生成方法就是把一条直线３等份，中间为夹角６０。
的２条等长折线，为生成的第一元；然后，每条直线段用生成元迭代，就呈现出ｌ条无穷多弯曲的Ｋｏｃｈ曲线。
相似维数是从分形的自相似对称性出发而定义的一种分形维数，其定义为：如果某个图形是由把全体缩小为１／ｎ的ｎｄ个相似图形构成的，那么指数ｄ就称为相似维数，记为ＤＳ。
因此，Ｋｏｃｈ曲线就是把全体缩小１／３的４个相似形构成的，４—３１’２６１８，则Ｄ。
一１．２６１８。
三维空间中：Ｄ—ＤＳ＋１—１．２６１８＋１—２．２６１８。
根
（下转第６１页）
氟树脂/硅溶胶复合涂层的制备和超疏水性能研究
作者：段辉， 白晨， 汪厚植， 赵雷， 赵惠中， Duan Hui， Bai Chen， Wang Houzhi， Zhao Lei， Zhao Huizhong
作者单位：段辉,Duan Hui(武汉科技大学,湖北省耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地,武汉,430081;海军工程大学化学与材料系,武汉,430033)， 白晨,汪厚植,赵雷,赵惠中,Bai
Chen,Wang Houzhi,Zhao Lei,Zhao Huizhong(武汉科技大学,湖北省耐火材料与高温陶瓷国
家重点实验室培育基地,武汉,430081)
刊名：
化工新型材料
英文刊名：NEW CHEMICAL MATERIALS
年，卷(期)：2006,34(7)
被引用次数：5次
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本文链接：/Periodical_hgxxcl200607017.aspx。