纺织品超疏水硅橡胶涂层的研究进展
疏水性自清洁涂料的研究进展
疏水性自清洁涂料的研究进展涂料工业：随着环境污染的不断加剧，越来越严重的雾霾、油性烟雾、尾气废气等给建筑外墙带来严重的侵蚀，影响其美观性、功能性及耐久性。
耐沾污能力差是传统外墙涂料普遍存在的缺点，在一定程度上制约了其应用。
因此，针对目前外墙涂料耐污能力不足的问题，具有自清洁功能的涂料成为研究开发的热点。
清洁被污染的建筑外墙等不仅需要较高的投入，而且表面活性剂的使用会对环境造成严重污染，因此具有自清洁效果的功能涂料应运而生。
自清洁涂料能够借助雨水等自然条件冲刷保持户外物件表面干净，不仅能够降低维护费用，减少劳动力的需求，同时可以将对环境的污染降到最低，可广泛应用于高层建筑、幕墙、桥梁及汽车、风力发电等多个领域。
1 疏水性自清洁涂料的基础自然界中普遍存在通过形成疏水表面来达到自清洁功能的现象，例如以荷叶为代表的多种植物的叶子和花?昆虫的腿和翅膀等均表现出低粘附、自清洁能力，这种现象被称为“荷叶效应”?“荷叶效应”的仿生学原理是自清洁技术开发的基础。
20世纪70年代，德国波恩大学植物家 W.Barthlott 和 Neinhuis等系统地研究了荷叶表面的自清洁效应，通过电子显微镜观察发现荷叶表面生长着无数微米乳突，并且其表面覆盖着纳米蜡质晶体。
2002年，中科院化学所江雷等研究发现荷叶表面微米乳突上还存在纳米结构，乳突的平均直径为5~9 μm，每个乳突表面还分布着直径约为124 nm 的绒毛，研究还发现这些乳突之间也存在纳米结构(图1)。
大量研究证实，微米、纳米级的微观粗糙结构及具有低表面能的蜡质晶体的共同作用，使荷叶表面具有高水接触角、低滚动角，从而表现出超疏水自清洁效果。
图 1 荷叶表面微观结构模型疏水性涂料的自清洁行为来源于其高的水接触角和低的滚动角。
当水珠滴在疏水表面上，液滴不能自动扩展，保持其球形状态，减少与涂层的接触面积。
当该表面具有一个较小的倾斜角时，液滴在涂层表面滚动，污染物粘附在水珠表面被带走，从而起到自清洁的作用。
超疏水涂层防覆冰技术研究进展
超疏水涂层防覆冰技术研究进展
陈小东;胡丽娜;杜一枝
【期刊名称】《中国材料进展》
【年(卷),期】2024(43)4
【摘要】覆冰现象时刻威胁着电力系统的安全运行,过去几十年里,研究人员采用各种措施来预防电力设备表面覆冰,但这些措施都无法从根本上解决该问题。
超疏水涂层由于具有独特的微纳米结构及低表面能物质,在低温环境下,能够延缓结冰且降低表面的冰附着力。
从超疏水涂层的防覆冰机理入手,重点综述国内外超疏水涂层防覆冰的实验研究现状,并将影响防覆冰性能的因素分为环境因素和基底因素,分析当前方案的局限性,同时阐述提高超疏水涂层机械鲁棒性的设计与制备方面的最新进展,最后提出超疏水涂层在电力系统应用中存在的问题以及未来的发展方向。
该综述有助于研究人员建立评估超疏水涂层的防覆冰性能的试验规范,并推进超疏水涂层防覆冰技术在电力系统中的应用。
【总页数】10页(P301-310)
【作者】陈小东;胡丽娜;杜一枝
【作者单位】新疆大学电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG174.4
【相关文献】
1.超疏水防覆冰涂层的研究进展
2.金属表面超疏水涂层防覆冰性能的研究进展
3.输电线路超疏水防覆冰涂层研究进展
4.一种绝缘子超疏水防覆冰涂层覆冰初期的电气试验研究
5.风机叶片新型耐磨超疏水涂层的防覆冰性能研究
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超疏水材料的研究进展
捷的合成方法制备出有机/无机树莓状结构的微球。
分别采用乳液聚合法和分散聚合法制备出粒径为微米级和纳米级左右的PS 高精度微球。
为制备出微球的阶层结构，可采用简单物理混合的方法，经过疏水化处理后的微球，可将其用于铜网的表面修饰，发现可以得到相同的高效油水分离特性的铜网，呈现出超疏水优良的特性。
1.3 绿色无氟超疏水材料郗盼毅等[4]用模板法通过模板“镜像”效应，以新鲜荷叶为模板，聚二甲基硅氧烷(PDMS)为密封材料，使天然的竹材表面呈现出微纳米层次的乳头状凸起结构；涂覆法是将样品完全浸入含有低表面能材料的化学溶液中，然后进行干燥固化成型；电放技术是用聚合物溶液在电场库仑力的作用下被极度拉伸的情况下形成喷射出高速细流，随后落在基板上形成微/纳米纤维膜。
2 超疏水材料的应用在各个领域，超疏水材料的应用不仅相当广泛而且有极大的进展。
因其优异的超疏水性而具备防腐蚀、自清洁、防覆冰的性能，广泛运用于各个邻域，其中包括对金属材料、纺织材料、木材材料、生物组织、口腔医学等，由此可见超疏水材料有着巨大的发展前景和商业潜力[2]。
2.1 金属材料领域的应用利用超疏水材料的防腐蚀特性，可将超疏水材料作为金属涂层保护金属。
SULTONZODA Firdavs 等[5]用硬脂酸乙醇溶液处理后，铝合金表面获得了铝与水在60 ℃下反应形成的纳米-微米二级粗结构。
另外，硬脂酸在铝合金的表面上具有长的键合分支，从0 引言超疏水材料是一种新型材料，广泛应用于各个领域，用于在金属材料领域则具有保护作用，起到了耐腐蚀的效果。
实验证明经过加工该材料也能起到自清洁及耐磨的能力。
随着超疏水材料应用的增加，所面临的问题也在变多，其稳定性成了该材料发展的研究之重。
1 超疏水材料的简介超疏水虽然是一种新型材料，但在自然界中，许多植物叶表面、鸟禽羽毛都具有超疏水性的特点，如蜻蜓的翅膀、池塘的荷叶等[1]。
目前超疏水材料分为两大类：天然和人工合成。
天然的超疏水材料大多来源于自然界的动植物，具有良好的相适应性并且易降解，具有亲水基团，对环境友好。
抗酸性腐蚀、防水且易除去的超疏水聚硅氧烷涂层的研究
精密的酸性或者中性溶剂的容器内沉积该涂层
完全利用溶剂
在酸性和中性条件下防腐 耐温设备或者表面沉积该涂接触角随着温度的增加而增加，当温度为340 °C 时，接触角可达155 °。我们推论，上加热板温度的 增加有利于低表面能的有机硅烷的生成，因而促使 接触角增加
接触角随着硅酮的量的增加而增加，当硅酮的质量为 0.47 g时，接触角大小为157 °。我们推论，硅酮的量 的增加使涂层表面的粗糙度增加，低表面能物质量增 加，这都有利于提高涂层的接触角。
前期
中期
后期
• 结果分析 • 开发新的应用
2 涂层制备
2.1 实验材料
药品名称 金属片 硅酮 分子式 Al，Fe，Cu CH3Si(OOCCH3)3 供应厂商或品牌 市购 道康宁有机硅有限 公司 载玻片 帆船牌 300mL/11.0元 25.4×76.2mm 备注 25.4×76.2mm
来源丰富且非常便宜的原料
3.3 扫描电镜
大量200 nm左右的小球相互交错的粗糙 表面，接触角为160°
直径约为60 nm的纳米纤维表面，接触 角（175 °）要大于下表面（160 °）， 粗糙度起的作用
图3-3 载玻片上有机硅氧烷超疏水涂层的场发射扫描电镜图： (a-b)下表面；(c-d)上表面（酮量为0.5 g，上下加热板温度同为340 C）
图3-8 腐蚀前后的铝片 （a1，b1为腐蚀前的， a1有涂层；a2，b2为 腐蚀后的，a2有涂层）
3.5 抗酸腐蚀、防水性及易清洗性
涂层耐酸不耐碱
用抹布蘸取弱碱性溶液擦拭覆有涂层的 基底
涂层被除去，基底还原原来形貌，未造 成损伤
4 结论展望
4.1 结论
抗酸性腐蚀
211072976_棉织物疏水整理研究进展
基材情况选择 性 地 做 出 变 化。 棉 织 物 经 过 改 性 后,不
得到的超疏 水 棉 织 物 的 WCA 可 以 达 到 176
°,涂 层 结
仅具 有 疏 水 性 能,而 且 具 有 很 强 的 疏 油 性 能。 Xu
构模型如图 4 所示。
Wa
t
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rd
r
o
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等 [15]采用壳聚糖/全氟辛 基 三 甲 氧 基 硅 溶 胶 成 功 制 备
2023 年第 3 期
[]
Phuong 等 3 采用化学刻蚀技术制备了 超 疏 水 棉 织 物。
采用氢氧化钠处理,通过改变处理条件,去除棉纤维 中
部分木质素、蜡和半纤维素,导致棉纤维表面的粗糙 度
众所周知,含氟聚合物是一种低表面能材料,将刻 蚀 后
的棉织物浸泡 在 含 氟 溶 液 中 就 可 以 获 得 超 疏 水 效 果,
方法简单易操作。 Wu 等 [8]报 道 了 将 棉 织 物 浸 泡 在 含
氟化合物溶液中制备超疏水棉织物。织物具有很 强 的
2 棉织物疏水整理
耐磨擦性能、抗 UV 性 能 等。Zhu 等 [9]报 道 了 采 用 简
增加。然后 采 用 不 同 浓 度 的 纳 米 二 氧 化 硅 处 理 棉 织
物,在高温和酸性催化剂作用下,二氧化硅纳米粒子 与
棉表面的羰基和羟基发生酯化/醚化反应,形成一 层 牢
静电 纺 丝 技 术 是 一 种 简 易 的 方 法,可 以 在 微 纳 米
范围内纺出超细 纤 维,从 而 提 高 基 材 的 粗 糙 度。Cak
成的角度。液滴的 CA 决定 了 液 滴 的 表 面 能 和 表 面 张
力。它的值是由液滴在固、液、气相接触点处与 三 相 界
超疏水材料的研究现状及应用
超疏水材料的研究现状及应用超疏水材料的研究现状及应用摘要: 超疏水表面材料具有防水、防污、可减少流体的粘滞等优良特性，是目前功能材料研究的热点之一。
由于超疏水表面在自清洁表面、微流体系统和生物相容性等方面的潜在应用,有关超疏水表面的研究引起了极大的关注，本文简述了超疏水表面的制备方法，归纳了超疏水表面的应用,对超疏水表面研究的发展进行了展望。
关键词:超疏水表面材料;微流体系统;表面制备方法;表面应用Superhydrophobic materials Researchand ApplicationLi Yongliang(Jiangnan University, College of Chemistry and Materials Engineering JiangsuWuxi 214122,China)Abstract: Superhydrophobic surface material with a waterproof, anti-fouling, can reduce the viscosity of the fluid and other excellent features, is currently one of the hot functional materials. As super-hydrophobic surface in the self-cleaning surfaces, microfluidic systems, biocompatibility and other potential applications, research on super-hydrophobic surface caused a great deal of attention, this paperoutlines the super-hydrophobic surface preparation methods, summarized the super-hydrophobic surface application of research for the development of super-hydrophobic surfaces were discussed.Keywords: Superhydrophobic surface material; Microfluidic systems; Surface preparation methods; Surface application近年来，植物叶表面的超疏水现象引起了人们的关注。
超疏水材料的研究进展
超疏水材料的研究进展摘要：对植物叶表面的超疏水现象研究表明：植物叶表面的微观结构是引起超疏水的根本原因。
本文通过对荷叶表面的研究得到超疏水材料具有的特点：微纳米尺度复合的阶层结构。
通过相分离方法得到超疏水材料，最后对超疏水材料的研究趋势作了展望．关键词：超疏水材料微纳双重结构接触角滚动角Abstract：By studying the nature superhydrophobic bio-surfaces indicates that : the incooperation of micro-structure and nano-structure are both important for the superhydrophobic materials. Such structures are the key for the superhydrophobic material . The phase separation method is employed to prepare the superhydrophobic materials. The latest trends in the study of superhydrophobic materials are also discussed．Key words：Superhydrophobic materials；Micro-structure and nano-structure ; Contect angle; Roll angle引言近年来，植物叶表面的超疏水现象引起了人们的关注。
所谓植物超疏水能力，就是植物叶面具有显著的疏水，脱附，防粘，自清洁功能等。
固体表面浸润性研究的就是材料的疏水能力。
浸润性是指液体可以渐渐渗入或附着在固体表面的特性。
接触角和滚动角是评价固体表面浸润性的重要指标。
所谓超疏水表面一般是指与水的接触角大于150º。
仿生超疏水涂层材料研究新进展
调整成低表面能的结构构型 ,临界表面张力明显低于其他树
脂 ,仅略高于氟树脂 。
(2) 其它材料 :除了氟硅材料外 ,其它的一些材料也可以
用来制备超疏水涂层 ,如聚烯烃 、聚碳酸酯 、聚酰胺 、聚丙烯
腈 、聚酯 、不含氟的丙烯酸酯 、熔融石蜡以及一些无机物等 ,但
通常需配合一定的构建技术 。
2 超疏水表面涂层研究进展
透明的超疏水涂层可用于制作汽车 、飞机 、航天器等的挡 风玻璃 ,可以减少空气中灰尘等的污染 ,使玻璃表面在高湿度 环境或雨天保持相对透明度 ,保证安全行使 。
21 2 超双疏表面
Tsujii 等[11] 采用电化学腐蚀金属的方法首先在铝片上制 备出粗糙结构 ,再经过低表面能物质修饰 ,其表面对水的接触 角大于 170°,对植物油的接触角大于 150°。Yabu 等[12] 在多孔 基材上 ,通过浇铸含氟聚合物溶液 ,自组装得到了类似蜂窝和 针垫结构的超双疏表面 。江雷等[13215] 在超双疏表面方面的研 究也取得了很大进展 。通过在石英玻璃上利用高温裂解金属 酞青盐 ,得到了碳纳米管粗糙表面 ,其对水和油的接触角均大 于 160°[13] ;近年来 ,利用新颖的一步浸泡法 ,将金属片或金属 薄膜 (Cu 和 Zn) 在脂肪酸的乙醇溶液中经过一步浸泡 ,构筑了 环境稳定的超双疏薄膜 ,该方法无需预先构筑表面微结构和 后期的低表面能物质修饰 ,可用于制备大面积超疏水薄膜[14] ; 此外 ,还在各种金属及合金等表面 ,利用在脂肪酸的乙醇电解 液中电化学沉积的方法 ,制得了超双疏表面 ,同样具有高的环 境稳定性[15 ] 。
Isaksson[16] 在玻璃基底上利用共轭聚合物的聚电解质作 用制得了一种固体电化学器件 ,通过控制共轭聚合物的氧化/ 还原程度来调节固体表面的润湿性能 。Krupenkin[17] 通过控 制电压和电流的变化 ,在纳米结构表面实现了润湿2反润湿状 态的转换 ,并研究了可逆转换机理 。Zhao [18] 在硅基材上采用 原子转移自由基聚合方法 (A TRP) 制备了 PS2b2PMMA 、PS2b2 PMA 和 PS2b2PDMA EMA 三种嵌段共聚物刷 ,暴露在不同的 溶剂中显示不同的润湿性能 。Yan[19] 利用紫外光的诱导作用 在α2Fe2 O3 纳米片薄膜上制得了一种紫外光可逆转换的超疏 水膜 。
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纺织品超疏水硅橡胶涂层的研究进展
随着科学技术的不断进步，涂层的功能和种类越来越多。其中超疏水涂层的
研究成为了新的热点，这是因为在军用和民用领域中，超疏水涂层有着非常广阔
的应用前景。硅橡胶具有表面自由能低、耐低温、耐腐蚀等特性，成为了纺织品
超疏水涂层的重要研究方向。
上世纪70年代，美国最早将疏水性室温硫化硅橡胶应用于输电线路的防污
闪涂料，但其疏水性能较差。齐连怀等[1]将硅橡胶和含氟硅氧烷在溶剂中进行
交联缩聚，利用相分离制备出了接触角达到155.14°的超疏水硅橡胶涂层，不仅
赋予了硅系列和氟系列涂料的优点，而且涂层粉末仍然具有很好的疏水效果，扩
大了超疏水硅橡胶涂层的应用前景。
超疏水涂层是指表面的水接触角大于150°，滚动角小于10°的涂层。增大接
触角通常有2种方法：降低表面自由能和增加表面粗糙度。减小滚动角则可以通
过构造微纳米复合结构完成。本文综述了超疏水硅橡胶涂层在降低表面能、增加
表面粗糙度和构造微纳米复合结构3个方面的研究进展。
1 降低表面能
硅的表面自由能仅比氟小，同时硅橡胶具有既耐低温又耐高温、抗腐蚀、绝
缘性好等优点，应用十分广泛，因此用低表面能的氟化物对硅橡胶进行改性得到
的涂层不仅具有较大的接触角，同时涂层的强度、寿命以及应用范围都较为理想。
缩合型双组分室温硫化硅橡胶相比其他种类的硅橡胶具有很多优点：使用比
较方便，不用加热、加压设备，只需将基础胶料与催化剂混合，即可硫化成弹性
体；内外同时固化时不吸收水分、不放出热量，固化均匀，性能更好；通过改变
催化剂品种、用量以及硫化条件，可获得不同性能的硫化胶。目前缩合型双组分
室温硫化硅橡胶常用的生胶为二羟基聚硅氧烷（107甲基硅烷），交联剂为正硅
酸乙酯，传统的催化剂为二月桂酸二丁基锡或者二月桂酸二辛基锡。由于有机锡
具有一定的毒性，北京航天材料及工艺研究所[2]研制了不含有机锡的硅橡胶室
温硫化剂——SRA室温硫化硅橡胶固化剂。这种固化剂既是交联剂也是催化剂，
同时还是改性剂，可以全面提高硅橡胶的理化性能，适用于纺织品领域。使用温
度区域在-75～280 ℃，粘接强度达到5 MPa以上，具有优良的化学稳定性和电
气性能，耐水、耐候、耐臭氧而且配制工艺简单。
齐连怀等[1]将硅橡胶和含氟硅氧烷在溶剂中进行交联缩聚，利用相分离制
备出了超疏水硅橡胶涂层。并研究了配比、温度、时间和溶剂对涂层疏水性能的
影响。当硅橡胶/羟基氟硅氧烷/正丁醇/正硅酸乙酯/二月硅酸二辛基锡质量比为
10/2/3/4/1，在90 ℃恒温1周后，采用接触角测试仪对涂层和粉末的疏水性进行
了测试，涂层在一定的条件下接触角最高可达155.14°。用环己烷或正己烷作溶
剂制备的涂层比正丁醇的涂层疏水性更好。即使涂层变成粉末仍然具有非常好的
疏水性。SEM测试表明材料是多孔的，并且表面有大量的微纳突起结构。结果
证明通过修饰氟化物降低表面能可以增大涂层的接触角，同时说明原料配比与硫
化条件对硅橡胶的超疏水性影响很大。
2 增加表面粗糙度
2.1 纳米颗粒补强剂
通过降低表面自由能的方法增大接触角的效果十分有限，而且由于硅橡胶分
子间作用力小，未改性的硅橡胶力学性能较差。在硅橡胶中加入纳米级微粒作为
补强剂不仅可以增加涂层表面的粗糙程度，提高涂层表面的疏水性，同时还能显
著提高硅橡胶的机械强度。
F.Arianpoura等[3]通过试验对比了加入纳米CeO2、TiO2、SiO2的室温硫化
硅橡胶的性能。结果表明，掺杂8%的纳米CeO2颗粒的室温硫化硅橡胶性能最
好，按硅橡胶/正乙烷质量比为1/4制成悬浮液，用旋涂法涂覆于铝基体上后的接
触角为150°，接触角滞后为5°，具有超疏水性，表面的水滴结冰需要的时间最
长为37 min，冰从表面脱落需要的剪应力最小为50 kPa。结果表明高接触角、低
接触角滞后的涂层不但可以通过疏水性减缓结冰的速度，表面结冰后冰层也容易
脱落，适用于极端寒冷的环境下的纺织品涂层。
纳米SiO2不但成本较低，还可以与硅橡胶形成化学键，使硅橡胶的理化性
质得到增强。经过改性后的纳米SiO2作为补强剂可以使硅橡胶的疏水性能得到
很大提高。Hua Zhou等[4]将氟硅烷化纳米SiO2颗粒分散到聚二甲基硅氧烷的四
氢呋喃溶液中，浸涂或喷涂在织物上，室温挥发溶剂后135 ℃固化30 min。得
到接触角为171°，滚动角为2°的表面。500次洗涤滞后角度变化不超过5 ℃。
耐磨性测试表示12 kPa下28 000次循环之后接触角大于150°，滚动角无变化。
在水、咖啡和果汁中煮沸5 h仍然具有超疏水性，大大提高了纺织品涂层的耐用
性。
2.2 构造微纳米复合结构
超疏水性的表面要求不仅具有较大的接触角，同时还需要较小的滚动角。微
纳复合结合的分级结构表面可表现出更大的接触角和更小的接触角滞后与滚动
角，使表面的超疏水性更强[5]，同时小滚动角也有利于减小涂层和冰的粘附力。
李拓等[6]以端羟基聚二甲基硅氧烷、沉淀法SiO2、Al（OH）3等改性纳米
无机粒子和硅烷偶联剂及其他助剂为原料，采用真空混炼法，制备出具有超疏水
性能的新型室温硫化硅橡胶涂层。该涂层具有较大的静态接触角和较小的滚动
角。采用AFM和SEM对涂层进行表征，并用接触角测定仪定量测定涂层的憎
水性和憎水迁移性。结果表明，涂层表面的微纳米二级粗糙结构使涂层具有了类
似荷叶的优异疏水性能；同时，涂层也具有优良的憎水迁移性。并对超疏水RTV
硅橡胶涂层和普通RTV硅橡胶涂层表面进行了污秽闪络对比实验，结果表明超
疏水RTV硅橡胶涂层的防闪络性能得到了很大提高。
对于固定用量的纳米级SiO2，加入一定比例的微米级SiO2之后也可以在涂
层表面形成微米二级粗糙结构，具有较高的疏水性、拉伸强度、伸长率和撕裂强
度。赵悦菊等[7]以端羟基聚二甲基硅氧烷、不同粒径的改性SiO2粒子、硅烷偶
联剂及助剂为原料，采用有机-无机杂化纳米技术，制得具有高疏水性能的室温
硫化硅橡胶防污闪涂料。采用扫描电镜表征了涂层的表面形貌，用静态接触角测
试仪测定了SiO2用量对涂层的憎水性及憎水迁移性的影响。结果表明，固定纳
米级SiO2的用量，当微米级SiO2用量为10份时，涂层表面形成一定的微米二
级粗糙结构，涂层表面接触角为131.5°，具有较高的疏水性能，同时涂层也具有
优良的憎水迁移性。此时，硅橡胶的拉伸强度为2.08 MPa，伸长率581%，撕裂
强度5.65 kN/m，体积电阻率1.38×1015 Ω·m，污秽湿工频闪络电压阻燃性级3 kV，
阻燃性级FV-0级。3 结语
（1）经过低表面能修饰的改性双组分室温硫化缩合型硅橡胶具有使用方便，
固化均匀的优点，使用温度范围为-60～300 ℃。通过调整配比，固化温度和时
间等条件可以得到超疏水性的表面。
（2）通过加入一定比例的改性纳米级颗粒作为补强剂，可以增加表面粗糙
度，提高接触角，同时能够改善硅橡胶的机械强度。具有微纳米复合结构的涂层
接触角更大，而且还具有较小的滚动角，是纺织品超疏水涂层的主要研究方向。
（3）硅橡胶超疏水涂层在大面积涂覆方法、强度、与基材的粘附力等方面
性能还有待提高。相信不久的将来疏水硅橡胶涂层在纺织品领域将会有更广阔的
应用范围。
参考文献
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第二十三届学术年会暨粘接剂、密封剂技术发展研讨会论文集，2014-09-04：
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