纳米SiO2@超支化PDMS复合超疏水涂层的制备与性能调控

超疏水涂层在实际应用中受化学腐蚀、刮擦磨损等外界环境的影响,易造成涂层老化、开裂甚至脱落,造成涂层失效。因此,针对这一问题,设计出具备耐候性的自修复超疏水表面：以超支化聚二甲基硅氧烷为柔性基底和低表面能物质,引入纳米二氧化硅构筑表面粗糙结构,制备超疏水涂层。当SiO₂粒径为50 nm、固含量为30wt%时,得到了接触角为154.87°的超疏水涂层。经过5次胶带剥离试验,涂层表现出良好的机械稳定性。经历10次温差循环试验和24 h紫外光照射后,涂层表面接触角仍大于150°,表明涂层具有良好的耐候性。涂层经过80℃、2 h的热处理可修复划痕,表明该涂层具有一定的自修复功能。同时,Tafel及Nyquist测试结果表明,对基底进行超疏水处理可显著提高防腐性能,并且该涂层具有明显的自清洁效果。综上所述,本文所制备的纳米SiO₂@超支化聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合超疏水涂层具有自修复功能,为自修复超疏水涂层的开发提供了新的研究策略。     

PDMS/PTFE杂合固化制备自清洁超疏水涂层

以正硅酸乙酯(TEOS)为交联剂、二月桂酸二正辛基锡(DOTDL)为催化剂,利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)与聚四氟乙烯(PTFE)超细粉杂合固化在玻璃基体上制得具有一定透明度的自清洁超疏水涂层。使用接触角测量仪、扫描电镜、傅里叶红外光谱仪对表面浸润性、形貌及结构进行表征,讨论了PTFE超细粉加入量对表面结构和浸润性的影响,探究了涂层的自清洁性能。制得的超疏水表面静态接触角最高达169.83°,滚动角2~3°,具有很好的超疏水性、低粘附力及自清洁性能。     

PVDF/SiO2/PDMS涂层超疏水纺织品性能

目的 针对普通纺织品材料防水性和防污性较差的问题,制备具有自清洁功能的超疏水涂层纺织品,并研究其性能.方法 以涤纶织物为基材,通过非溶剂诱导相分离法,使用聚偏氟乙烯和疏水纳米二氧化硅复合液在纺织品表面构筑微纳粗糙结构,采用聚二甲基硅氧烷对其进行疏水化处理,获得自清洁超疏水涂层纺织品.采用扫描电子显微镜、X射线能量散射光谱和视频光学接触角测量仪等对其结构和性能进行表征,并通过机械摩擦、洗涤、酸/碱/盐溶液浸渍和紫外光照等方法对其表面超疏水稳定性进行考察.结果 当聚偏氟乙烯质量分数为2％,疏水纳米二氧化硅质量分数为0.4％,聚二甲基硅氧烷质量分数为1％时,制备的纺织品的表面接触角可达(162.2°±0.8°),滚动角达(2.0°±0.4°),具有优异的超疏水自清洁效应;经72 h酸/碱/盐溶液浸渍、196 h紫外光照、2500次摩擦和120次家庭水洗后,其表面接触角仍大于150°,表现出优异的超疏水稳定性.结论 采用简便的非溶剂相分离法制备的涂层纺织品具有优异的自清洁性能,并且其超疏水性能具有机械耐久性和化学稳定性,有望应用于纺织材料包装领域.     

碳纤维颗粒增强CeO2/PMMA/PVDF超疏水复合涂层及其耐磨性能

提高耐磨性能是推动仿生超疏水表面走向实际应用的关键挑战之一。设计了二氧化铈微米粒子增强PMMA/PVDF超疏水复合涂层配方,获得了水珠接触角达152°、水珠滚动角为5°的超疏水复合涂层。该涂层经过落砂磨损试验后接触角下降为103°、滚动角增大为20°。采用碳纤维颗粒对CeO2/PMMA/PVDF超疏水复合涂层进行增强,优化配方的接触角达153°、滚动角达到5°。经过相同落砂磨损试验后,增强后的复合涂层水珠接触角能在一定程度磨损后达到140°左右。可见,CeO2/PMMA/PVDF复合涂层具有良好的超疏水性能,碳纤维颗粒增强是提高该涂层耐磨性能的有效方法。     

两步法制备黄铜表面超疏水肉豆蔻酸/TiO2涂层与性能研究

采用化学刻蚀法和复合改性两步法在黄铜基体上制备了超疏水肉豆蔻酸(MA)/TiO₂涂层(E-MAT)。通过接触角测量仪详细考察了刻蚀时间与刻蚀温度对黄铜疏水性能(刻蚀并改性后)的影响。结果表明,当刻蚀时间为55 min,刻蚀温度为30℃时,且经MA/TiO₂复合改性的黄铜表面可获得高达167.4°的水接触角。接着,采用SEM、CLSM、EDS、XRD与FTIR对E-MAT涂层进行了形貌与成分分析。分别利用砂纸磨损与胶带剥离实验研究E-MAT涂层的机械稳定性。此外,E-MAT超疏水涂层还表现出优异的自清洁性能。在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀测试显示E-MAT涂层自腐蚀电流密度下降至8.32×10^-5 A/cm²,腐蚀保护效率高达97.0%。可见,刻蚀-改性结合法操作简单,便于构造大面积金属基超疏水表面,具有广阔的应用前景。     

基于纤维素纳米纤维的超疏水涂层制备研究

采用简单的浸涂法制备具有优异自清洁性能和良好耐久性能的超疏水涂层。基于纤维素纳米纤维(CNF)与低表面能物质聚二甲基硅氧烷(PDMS),以棉织物为基底制备了超疏水涂层,实现了棉织物表面功能化。通过单因素实验分别研究不同浓度CNF以及不同浓度PDMS对涂层疏水性的影响,并采用红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)等对超疏水涂层进行了测试表征。CNF和PDMS在棉织物表面牢固结合,成功制备了耐久超疏水涂层。SEM结果显示,与纯PDMS涂层相比,CNF构筑了超疏水涂层所需的微观粗糙结构,为超疏水涂层的制备提供了有利条件。当PDMS浓度为4%,CNF浓度为4%时,超疏水涂层的水滴接触角(WCA)达159.2°,水滴滚动角(WSA)为4.3°。耐摩擦测试结果显示,经过40次砂纸摩擦之后涂层的水滴接触角仍达150.3°,具有超疏水性能,说明PDMS为涂层提供低表面能的同时,也具有良好的粘结性能进而提高了涂层的耐久性能。采用CNF和PDMS在棉织物表面成功制备了耐久超疏水涂层,同时实现了优异的自清洁、防水抗污性能,并且具有良好的耐久性能。     

基于苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯共聚物的自清洁超疏水材料的制备

首先通过悬浮聚合法来制备不含氟的聚合物—苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物,然后利用四氢呋喃和乙醇的混合溶液来诱导聚合物分相。聚合物分相形成了大量的聚合物微球,它们的不规则排列构成了表面的多尺度粗糙结构,最终获得了具有自清洁性的超疏水涂层。当共聚物涂层表面的接触角达到157.8°时,其接触角滞后为6.8°。此外,共聚物涂层具有优异的自清洁性和抗酸碱腐蚀性。     

硅藻土/TiO2基超疏水涂层的制备及应用研究

以硅藻土和TiO₂为微纳米结构的构筑物，以聚二甲基硅氧烷为低表面能改性剂，采用喷涂法在多种基底表面制备超疏水涂层材料。该涂层具有优异的超疏水性能，水静态接触角高达161°,表面自清洁性能优异，且耐热温度可高达350℃。该超疏水涂层材料在纺织品自清洁、医用防水及工业防腐等领域具有一定的应用前景。     

基于聚二甲基硅氧烷和纳米CaCO_3的超疏水自清洁涂层的制备

利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)与纳米CaCO_3,采用有机无机共混法制备有机无机复合涂层。向PDMS中引入适量的纳米CaCO_3粒子能显著提高复合涂层的表面接触角,纳米CaCO_3粒子的引入将PDMS涂层的表面接触角从113°提高到158°。该复合涂层具有非常好的自清洁性能。此外,该方法操作简单、步骤简便、无需特殊设备、适合大面积制备且生产成本低。因此,该超疏水自清洁涂层具有实用价值。     

超疏水PDMS改性聚氨酯/黄铜复合涂层的制备及性能表征

本工作以片状黄铜粉为功能颜料、纳米SiO₂为微纳结构改性剂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)改性聚氨酯(PU)为黏合剂,采用简单的玻璃棒刮涂法制得了一种同时具有超疏水性能和较低红外发射率的复合涂层,系统探讨了PDMS/PU质量比、总填料添加量(质量分数)及黄铜粉/纳米SiO₂质量比对涂层性能的影响规律。结果表明：PDMS/PU配比对涂层附着力和疏水性能具有重要的影响,当PDMS/PU的质量比为1∶9时,涂层具备突出的超疏水性能,附着力可达1级,水接触角和滚动角分别可达155°、5°。总填料添加量对涂层性能的影响明显,随着填料添加量的增加,涂层发射率有所增大,光泽度有所降低。当总填料添加量为50%时,涂层表面可形成明显的乳突状微纳粗糙结构,从而可使涂层具备突出的超疏水性能。黄铜粉/纳米SiO₂配比会显著影响涂层的发射率和疏水性能,当黄铜粉/纳米SiO₂的质量比为6.5∶3.5时,涂层可具备良好的综合性能和突出的自清洁性能,涂层发射率可低至0.716,光泽度和附着力分别为1.8级、1级,水接触角和滚动角分别为...     

聚四氟乙烯/室温硫化硅橡胶复合超疏水涂层的制备及其机械稳定性研究

将聚四氟乙烯(PTFE)颗粒均匀撒播在室温硫化硅橡胶(RTV)前驱体溶液表面,制得表面镶嵌有PTFE颗粒的PTFE/RTV复合材料超疏水表面,其接触角为158.3°,滚动角为5.3°。PTFE/RTV复合材料表面镶嵌的PTFE颗粒不但降低了RTV基体的表面能,同时增加了RTV表面的粗糙度,二者结合产生超疏水性,并赋予表面自清洁性和抗污性能。机械稳定性测试发现PTFE/RTV复合材料超疏水表面经10次摩擦实验后超疏水性仍能维持,表现出优异的机械稳定性。     

超双疏耐磨PPS基涂层的制备与性能

以NH_4HCO_3为造孔剂,碳纳米管(CNTs)为纳米级纤维填料,采用简单的喷涂工艺制备出超双疏耐磨聚苯硫醚(PPS)基涂层。采用扫描电镜(SEM)、接触角测量仪分析涂层的表面形貌和疏水、疏油性能。采用定载砂纸打磨法测试双疏涂层的耐磨损性能。结果表明:造孔后的涂层表面粗糙,表面的多孔结构和CNTs构成了特殊的微纳二元复合网络结构。当NH_4HCO_3的含量为5%(质量分数)时,涂层实现超疏水和超疏油,对水、甘油和乙二醇的接触角分别为162°,158°和152°。用砂纸反复打磨10000次后,涂层表面轻微磨损,仍保持了高疏水效果,具有良好的耐磨性能。     

近红外反射超疏水黄色涂层的制备和性能

将钛铬棕粉末(TCB)、金红石型二氧化钛(TiO₂)、疏水纳米二氧化硅(SiO₂)与聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶液混合,一步刷涂制备出超疏水黄色涂层,系统地研究了涂层的表面润湿性、疏水稳定性、耐紫外线老化性能、自清洁性能、以及近红外反射性能。结果表明,这种涂层的水接触角(CA)和滚动角(SA)分别为155.2°和5.4°;涂层在1.0 kPa的压力下经过2 m距离的砂纸磨损后和5 L的水流冲击后依然保持优异的疏水性,其附着力和硬度分别达到2级和6B等级;不同pH值的溶液在涂层表面都具有超疏水效果并具有化学稳定性;用紫外线照射240 h后涂层表面仍然保持极强的疏水性,表明其具有耐紫外线老化性能;涂层表面具有优异的自清洁性能,污染物极易地被水滴带走;涂层的近红外反射率和太阳反射率分别达到0.858和0.672,对普通水泥板具有明显的降温效果,在户外暴露和水流冲击后仍保持较高的反射率。     

镁合金基底超疏水涂层的制备及其防污防腐性能研究

为延长镁合金的使用寿命,使用喷涂法在AZ31b镁合金基体上制备出稳定的超疏水涂层。首先在基体表面涂覆环氧树脂粘结层,向其喷涂微米SiO₂颗粒,以构建微米级框架,紧接着喷涂纳米聚四氟乙烯颗粒,以提供疏水性粒子。所制备的超疏水涂层接触角约为157.40°,滚动角仅为2°。试验结果表明：该超疏水涂层具有优异的化学与机械稳定性,良好的耐腐蚀性能以及自清洁、防污特性。     

PTFE/epoxy全有机超疏水涂层制备

采用纳米粒子构筑微-纳粗糙结构制备的超疏水涂层一般存在抗水流冲击能力差的缺点,极大限制了其户外应用前景。利用环氧树脂和聚四氟乙烯(PTFE)纳米粒子,通过喷涂和模压两种工艺分别制备低声阻系数的全有机超疏水涂层,基于水流冲击破坏机理设计实验分析涂层的抗水流冲击性能,并与商用超疏水涂层对比。结果表明:PTFE粒子为70%(质量分数,下同)时,其疏水性能最佳,静态接触角为164.13°,滚动角为3°;PTFE粒子为75%时,其抗水流冲击性能最佳,在被速度为22.77 m/s的水流冲击后接触角仍达到154.62°;与喷涂法相比,模压法能进一步提高涂层的抗水冲击性能。本研究所制备的全有机超疏水涂层同时还具有良好的附着性能和耐磨性能,在进行25次黏附剥离实验后涂层表面接触角为150.51°,滚动角为4°,在进行20次磨损实验后涂层表面接触角为149.21°,滚动角为9°。     

PTFE/epoxy全有机超疏水涂层制备EI北大核心CSCD

采用纳米粒子构筑微-纳粗糙结构制备的超疏水涂层一般存在抗水流冲击能力差的缺点,极大限制了其户外应用前景。利用环氧树脂和聚四氟乙烯(PTFE)纳米粒子,通过喷涂和模压两种工艺分别制备低声阻系数的全有机超疏水涂层,基于水流冲击破坏机理设计实验分析涂层的抗水流冲击性能,并与商用超疏水涂层对比。结果表明:PTFE粒子为70%(质量分数,下同)时,其疏水性能最佳,静态接触角为164.13°,滚动角为3°;PTFE粒子为75%时,其抗水流冲击性能最佳,在被速度为22.77 m/s的水流冲击后接触角仍达到154.62°;与喷涂法相比,模压法能进一步提高涂层的抗水冲击性能。本研究所制备的全有机超疏水涂层同时还具有良好的附着性能和耐磨性能,在进行25次黏附剥离实验后涂层表面接触角为150.51°,滚动角为4°,在进行20次磨损实验后涂层表面接触角为149.21°,滚动角为9°。     

CaCO3/SiO2复合粒子涂层的表面结构及其疏水性能研究

以机械高速搅拌法制备了具有草莓结构的CaCO₃/SiO₂复合粒子,并对其进行了表面修饰改性.利用聚硅氧烷的自组装功能,将制备的复合粒子与硅氧烷一起制备了具有“荷叶效应”的超疏水涂层,静态水接触角达169°,滚动角约为2°.通过扫描电镜观察涂层的表面微观形貌,发现该涂层具有微米-纳米相结合的双层粗糙结构.微米凸起的粒径在2～3μm左右,纳米凸起的粒径约为200nm左右,与荷叶具有类似的结构排布方式.通过原子力显微镜和接触角的测试,探讨了表面微观结构、涂层粗糙度和涂层疏水性能之间的关系.结果表明：复合粒子构成的非均相界面的水接触角符合Cassie模型.复合粒子赋予涂层的双微观粗糙结构与自组装成膜硅氧烷的低表面能的协同效应,使涂层具有了优良的超疏水性能.     

CaCO3/SiO2复合粒子涂层的表面结构及其疏水性能研究

以机械高速搅拌法制备了具有草莓结构的CaCO₃/SiO₂复合粒子,并对其进行了表面修饰改性.利用聚硅氧烷的自组装功能,将制备的复合粒子与硅氧烷一起制备了具有“荷叶效应”的超疏水涂层,静态水接触角达169°,滚动角约为2°.通过扫描电镜观察涂层的表面微观形貌,发现该涂层具有微米-纳米相结合的双层粗糙结构.微米凸起的粒径在2～3μm左右,纳米凸起的粒径约为200nm左右,与荷叶具有类似的结构排布方式.通过原子力显微镜和接触角的测试,探讨了表面微观结构、涂层粗糙度和涂层疏水性能之间的关系.结果表明：复合粒子构成的非均相界面的水接触角符合Cassie模型.复合粒子赋予涂层的双微观粗糙结构与自组装成膜硅氧烷的低表面能的协同效应,使涂层具有了优良的超疏水性能.     

自修复型超疏水材料研究进展

超疏水材料是指水在其表面的接触角大于150°、滚动角小于10°的材料。超疏水材料之所以表现出超强的疏水性能,一方面是由于低表面自由能物质的存在,使得水滴难以在材料表面铺展;另一方面是由于丰富的微-纳多级结构使空气在固液两相之间形成"气垫层",进一步减小固液接触面。上述两个要素共同作用,可赋予超疏水材料自清洁、表面防污、防腐蚀、防覆冰、减阻等功能。此外,还可以制备具有抗黏附、油水分离、集水功能的超疏水材料,这些吸引了人们的广泛关注。然而,超疏水材料在实际应用中不可避免地受到诸如化学腐蚀、刮擦磨损等外界环境的影响,容易造成低表面能组分的缺失或微-纳多级结构的破坏,导致超疏水性能丧失。针对这一问题,科学家们提出构筑具备长效耐久性的超疏水材料,主要有两种方法:(1)设计具有高耐磨性的超疏水材料,尽可能减小摩擦磨损对表面组分或结构的破坏;(2)构筑具备自修复性能的超疏水材料,及时修复摩擦磨损对表面组分或结构造成的破坏,从而恢复材料的超疏水性能。由于方法一需要引入高耐磨物质,在材料的选择方面有一定的局限性,而方法二的普适性更强,因此成为了现阶段研究的热点。目前,自修复型超疏水材料的构筑主要有两种途径。一种途径是构建自动补足低表面能组分的超疏水体系。对于单纯疏水组分的缺失,只需及时补充表面的低表面能组分,利用其自发向材料表面迁移重排的特性,即可实现超疏水性的修复,如在材料本体中接枝含氟链段,以材料的孔隙或微胶囊作为低表面能物质的贮存位点等。另一种途径是构筑能重建多级微-纳结构的超疏水体系。如果材料受到严重破坏,化学组分与表面粗糙结构同时受损,则可通过材料的结构设计同时实现缺失组分的补充和形貌结构的重建,例如,在材料中引入疏水化粒子、构建一体化涂层、设计表层剥离型材料、利用形状记忆高分子的"记忆效应"等方法。本文归纳了自修复型超疏水材料近年来的研究成果,对各类自修复型超疏水体系的设计思路、超疏水效果以及修复机理等进行了介绍,阐述了该领域当前的挑战和未来的发展前景,以期为制备应用广泛的长效型超疏水材料提供参考。     

耐腐蚀耐热超疏水TiO_2复合涂层制备与性能研究

铝基板表面的超疏水特性将赋予其优异的性能。利用环氧树脂(E44)和改性聚偏氟乙烯(PVDF)的作用,以改性纳米级二氧化钛(TiO_2)和全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)疏水低表面能物质为主要填料用简单易行的喷涂工艺制备出功能超疏水涂层。实验结果表明,制得的超疏水涂层,对水的静态接触角和滚动角分别为151°和5°;采用扫描电镜(SEM)表征了涂层表面有纳微二元复合微观结构;用差示扫描量热法(DSC)表征表明,该涂层在160℃下有优良的耐热性能;用不同pH值溶液进行浸没腐蚀以及电化学测其耐腐蚀性,腐蚀时间为180h时接触角仍有130°左右,具备强疏水效果。这种超疏水涂层为腐蚀耐热材料领域的研究提供了新的视野。