聚四氟乙烯-碳酸钙超疏水复合涂层的制备及其性能

采用三甲基甲氧基硅烷对微纳米级CaCO_3进行表面改性。将改性CaCO_3颗粒与聚四氟乙烯(PTFE)颗粒混炼后喷涂在铝基层板上得到PTFE/CaCO_3超疏水复合涂层。采用原子力显微镜、扫描电子显微镜、同步热分析仪等研究了涂层的表面粗糙度、形貌特征以及热稳定性。结果表明:PTFE/CaCO_3涂层的静态接触角为(156±4)°,滚动角为(1.6±0.5)°;涂层的表面具有类似微纳米双层结构,耐热温度高达520℃;改性CaCO_3颗粒能够有效改善PTEF的疏水性能。     

管道用超疏水PTFE/PPS复合涂层的耐久性分析

通过将聚四氟乙烯(PTFE)与聚苯硫醚(PPS)结合得到一种具有优异疏水性能与耐久性能的PTFE/PPS复合涂层,作为在静电粉末喷涂技术使用的一种粉末涂料,并利用磨损测试、耐腐蚀测试以及耐老化试验验证涂层的耐久性。结果表明:制备的PTFE/PPS复合涂层经受500次磨损循环仍能维持(152.2±0.7)°的接触角以及(3.9±0.3)°的滚动角;相比未修饰的管材,PTFE/PPS涂层修饰管材的腐蚀电位从-962 mV升高至-353 mV,腐蚀电流从10~(-3)mA/cm~2降低至10~(-6)mA/cm~2,耐腐蚀性能明显提升;经历150 d老化试验后仍能维持良好的表面形貌,接触角维持(154.5±0.4)°以及滚动角维持(2.1±0.4)°,表现优异的耐老化性能。     

氟碳复合涂层在不同润湿性下的摩擦学性能

通过使用3种不同粒径(0.5、5.0和50.0μm)的聚四氟乙烯(PTFE)功能填料与氟烯烃/乙烯基醚共聚树脂(FEVE)进行混合,采用喷涂法及常温固化工艺在载玻片表面制备了具有不同润湿性的FEVE/PTFE氟碳复合涂层,并评价了涂层的表面润湿性、附着力和耐磨性。结果表明：PTFE与FEVE的质量比为1.5时所制备的复合涂层具有优良的疏水性和附着力,水接触角最大约为153.1°。与干摩擦工况相比,涂层在水润滑状态下的摩擦因数更低。以粒径50μm的PTFE制备的FEVE/PTFE复合涂层在超疏水状态下的摩擦因数低至0.061 5。该FEVE/PTFE复合涂层不仅具有良好的耐磨性,而且疏水效果稳定。     

聚合物基疏水/超疏水涂层防垢的研究进展

聚合物基疏水/超疏水涂层因具有较低的表面自由能、优良的粘结性及化学稳定性,在防垢方面具有重要的应用前景。主要围绕"聚合物基涂层",综述了环氧树脂、聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)及全氟聚醚(PFPE)等疏水/超疏水涂层在防垢方面的研究进展。展望了其在防垢中面临的挑战以及进一步需要研究的工作。     

聚合物基疏水/超疏水涂层防垢的研究进展

聚合物基疏水/超疏水涂层因具有较低的表面自由能、优良的粘结性及化学稳定性,在防垢方面具有重要的应用前景。主要围绕"聚合物基涂层",综述了环氧树脂、聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)及全氟聚醚(PFPE)等疏水/超疏水涂层在防垢方面的研究进展。展望了其在防垢中面临的挑战以及进一步需要研究的工作。     

金属表面PDA/PTFE超疏水涂层抑垢与耐腐蚀性能

超疏水涂层具有极广的应用前景，然而在金属表面制备稳定的超疏水涂层具有一定挑战。为提高涂层稳定性，本文通过简单浸泡法在不锈钢表面形成稳定的聚多巴胺（PDA）中间涂层，随后采用电泳沉积法在PDA修饰后的表面制备聚四氟乙烯（PTFE）超疏水涂层。测试中采用场发射扫描电镜、接触角测试仪及电化学测试仪进行PDA/PTFE涂层分析和表征。制备的PDA/PTFE涂层表面呈现凸起结构，提高电沉积制备时间与溶液中水含量，涂层表面水接触角呈现先增加后降低的变化趋势，制备涂层中最大水接触角为160.2°±1.3°，相应涂层的表面能为5.57mN/m。胶带剥离与砂纸磨损试验表明，PDA/PTFE涂层具有较好的稳定性。污垢沉积试验表明，浸泡在50℃、70℃与90℃碳酸钙过饱和溶液12h后，与不锈钢相比，涂层抑垢率分别为64.71%、72.22%与81.25%。电化学测试表明，PDA/PTFE超疏水涂层具有较好的耐腐蚀性能，与不锈钢相比，涂层缓蚀率为95.1%。     

表面凝胶化技术构建粗糙细微结构

在醇溶性氟化聚合物（FR）溶液中,以正硅酸乙酯（TEOS）和甲基三乙氧基硅烷（MTES）为前体,并掺杂聚四氟乙烯（PTFE）,在酸性和水量不足的条件下,得到了均匀的复合溶胶。涂敷后,经表面凝胶化技术处理,使涂层表面得到微米级PTFE粒子和纳米级SiO2粒子相结合的微米纳米阶层结构。XPS证实了凝胶化只在涂层表面发生,SEM观察到涂层表面的形貌与荷叶表面极其相似,该方法可用于制备超疏水性功能涂层材料。     

复合流体涂层用于Cu金属的防腐蚀研究

采用电沉积法在纯铜表面制备了树枝状Cu₂O,经过正十二硫醇改性制备超疏水涂层,将疏水化的Fe₃O₄纳米颗粒与油相混合,注入超疏水铜表面,制备复合流体涂层。采用扫描电镜(SEM)、接触角测试仪对涂层不同阶段的形貌结构、润湿性进行了分析,采用扫描开尔文探针(SKP)研究了超疏水涂层、复合流体涂层与纯铜表面的电位变化,采用电化学阻抗谱和极化曲线等方法研究了超疏水涂层、复合流体涂层在大气环境和3.5 wt.%NaCl溶液中的耐腐蚀性能。结果表明,复合流体涂层在3.5 wt.%NaCl溶液中浸泡20 d后,腐蚀电流仍小于超疏水涂层和纯铜的腐蚀电流密度,复合流体涂层具有较好的耐久性和耐腐蚀性。     

抗粘附氟碳复合涂层在烟囱中的应用

为提高湿法脱硫后烟囱内壁防护涂层的防腐性能,以氟碳树脂(PEVE)和聚四氟乙烯(PTFE)粒子为原料,采用喷涂工艺及室温固化制备出具有抗粘附性能的防腐蚀氟碳复合涂层。利用硫酸腐蚀实验、抗粘附冷凝实验、耐温实验、耐磨性实验,分别评价涂层的耐酸性、抗粘性、耐温性、耐磨性,并通过扫描电子显微镜对腐蚀前后涂层的形貌变化进行分析。结果表明,当PTFE∶PEVE的质量比为1∶2时,制备的PTFE/PEVE复合涂层在竖直倾角小于5°且酸气温度小于60℃时,表面未出现酸性冷凝液附着,具有优异的抗粘附特性;且分别经室温20%H₂SO₄浸泡90 d和低温(50℃)10%H₂SO₄的浸泡7 d,涂层表现出较强的耐酸性能;涂层表面能承受200℃的高温而不发生脱落、鼓包、开裂等现象,具有良好的耐温性能。此外,受力氟碳复合涂层在砂纸上拖行200 cm后,表面疏水角度降为150.2°,依旧保持超疏水状态,具有良好的耐磨性。     

TC4钛合金超疏水涂层的制备及性能

采用阳极氧化和低表面能物质修饰的方法在TC4钛合金表面制备超疏水涂层.工艺过程为:在由0.5 mol/L H2SO4、0.2 g/L NH4HF2和0.8 g/L Ce(SO4)·4H2O组成电解液(5°C)中以电压100 V阳极氧化1 h,再于三乙氧基-1H,1H,2H,2H-十三氟-N-辛基硅烷的乙醇溶液中浸泡2 h,最后真空烘干1 h.通过扫描电镜(SEM)观察超疏水涂层的微观形貌,X射线光电子能谱仪(XPS)分析超疏水涂层表面的元素组成及其化学态,X射线衍射仪(XRD)分析超疏水涂层表面的物相组成,并考察了超疏水涂层的耐久性和耐蚀性.结果表明,TC4钛合金阳极氧化后能在其表面形成微纳级粗糙结构,其特征是凸起火山岩状结构上密集分布了许多直径100～200 nm的孔洞;再经超疏水修饰后,水接触角最高可达170°,滚动角小于2°.超疏水涂层表面含有O、F、Ti、C、N、Al等元素,其中F主要是以─CF3和金属氟化物的形式存在,而其物相成分主要是锐钛矿TiO2和少量的金红石TiO2.超疏水涂层对腐蚀介质有阻隔作用,使其不易与金属基底接触而引发腐蚀,从而提高了TC4钛合金的耐蚀性.在自来水和3.5％NaCl溶液浸泡试验以及紫外线照射试验的结果表明,该超疏水涂层具备一定的耐久性.     

A novel composite coating mesh film for oil-water separation

Polytetrafluoroethylene-polyphenylene sulfide composite coating mesh film was successfully prepared by a simple layered transitional spray-plasticizing method on a stainless steel mesh. It shows super-hydrophobic and super-oleophilic properties. The contact angle of this mesh film is 156.3° for water, and close to 0° for diesel oil and kerosene. The contact angle hysteresis of water on the mesh film is 4.3°. The adhesive force between the film and substrate is grade 0, the flexibility is 1 mm and the pencil hardness is 4H. An oil-water separation test was carried out for oil-contaminated water in a six-stage superhydrophobic film separator. The oil removal rate can reach about 99%.     

辊式涂布法构建纸基牢固超疏水表面

采用辊式涂布的方法在纸基材料上构建超疏水表面,并对超疏水表面的牢固性、自清洁性和疏水性能进行评价。用γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（POTS）对微米级和纳米级两种尺寸的TiO₂粒子进行疏水改性处理,然后将改性后的微/纳米TiO₂涂布在纸基材料表面。采用红外光谱（FTIR）对改性后的微/纳米TiO₂的化学组成进行了分析,采用扫描电镜（SEM）对涂布纸表面结构进行了表征,通过接触角、耐磨性和自洁净测试评价了涂层表面的超疏水性、牢固性和自清洁性。改性TiO₂的FTIR分析显示在1000～1500cm^-1之间出现多个C—F键的伸缩振动峰,表明POTS通过化学键与TiO₂表面发生了结合。涂布纸表面的SEM分析可以看出,纸基材料表面上均匀分布了微米和纳米尺寸的TiO₂颗粒,具备了类似荷叶表面微-纳结构的粗糙表面。涂层表面的水接触角为153°±1.5°,滚动角为3.5°±0.5°,水滴在涂层表面呈球形,极易滑落,涂层在水中浸泡7天后,接触角没有发生明显变化,表明纸张表面具备了优异的超疏水性能,且疏水稳定性较好。涂层表面经过10次循环磨损试验后,接触角仍能达到150°,滚动角为9°,表明机械摩擦没有对涂布纸表面的化学成分和粗糙结构造成明显的破坏,超疏水表面的牢固性较好。自洁净测试表明,涂布纸表面具有良好的自清洁和防污性能。该工艺过程操作简单,易于实现工业化生产,为在纸基表面构建综合性能优异的超疏水表面提供了一种新的便利途径。     

PE基聚硅氧烷/改性SiO2超疏水薄膜的构筑

使用十八烷基三甲氧基硅烷(OTMS)对纳米SiO2进行表面疏水改性,将得到的改性纳米SiO2(OTMS-SiO2)添加到有机硅树脂(SI)中,然后采用两步法在聚乙烯(PE)薄膜表面固化制备了复合涂层SI/OTMS-SiO2.通过FTIR、1HNMR、29SiNMR、TGA对OTMS-SiO2及复合涂层进行了表征,采用接触角测量仪、SEM、AFM对复合涂层疏水特性和形貌进行了测试和观察,最后对复合涂层的耐磨性和附着力进行了分析.结果表明,SiO2表面成功引入了OTMS,且OTMS-SiO2均匀附着在硅树脂涂层上,增加了表面粗糙度,得到了PE基固化超疏水复合涂层.当OTMS-SiO2添加量为正己烷质量的8％时,制得的复合涂层的水接触角为154°,滚动角为7°,并具有良好的耐磨性,其附着力可达4A等级.     

纳米SiO2复合粒子/有机硅低聚物透明超疏水复合涂层的制备及其性能

本文以Stober法制备的胶体SiO2粒子与粉体SiO2粒子结合的SiO2复合粒子在玻璃基底构建粗糙表面,以三乙氧基甲基硅烷（MTES）与正硅酸乙酯（TEOS）为前聚体制备的酸性有机硅低聚物作为粘接剂,使用偶联剂KH540与氟硅烷PFDT进行改性,通过喷涂法在玻璃基底上制备出SiO2复合粒子/酸性有机硅低聚物复合透明超疏水涂层,然后探究SiO2复合粒子、酸性有机硅低聚物、偶联剂KH540以及氟硅烷PFDT对复合涂层的影响。研究表明：当SiO2复合粒子由粒径为110 nm的胶体SiO2粒子与粒径为50 nm的粉体SiO2粒子两种粒子组成,SiO2复合粒子溶液与酸性有机硅稀释液的混合质量比为4:1,添加偶联剂KH540与氟硅烷PFDT的质量比为混合液的1%时,复合涂层在可见光波长范围内透光率可达88%,静态接触角能达155°,在800目砂纸上磨损60 cm后仍能保持超疏水性能,具有良好的自清洁性,为透明超疏水涂层的制备提供一种简便、低成本方案。     

改性SiO2/聚硅氧烷无氟超疏水涂层的制备及性能

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(SiO_2)微纳米颗粒进行疏水改性,其次,将改性后的SiO_2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°。     

铝基超疏水表面的制备及其耐蚀性

对铝基进行恒电流阳极氧化后,采用正辛基三乙氧基硅烷化学改性,制得超疏水膜。采用接触角测试仪、扫描电镜、红外光谱仪、电化学工作站等,研究了所得超疏水膜的静态接触角、表面形貌、结构及耐蚀性。结果表明,经阳极氧化后,铝基构建了粗糙的微纳米结构,再硅烷化处理后,铝基表面的疏水性增强,静态接触角大于150°。超疏水膜使铝在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的自腐蚀电位正移0.11V,腐蚀电流密度降低4个数量级,有效地提高了铝的耐蚀性。     

Novel superhydrophobic top coating on surface modified PVC-coated fabric

A superhydrophobic surface was created on poly(vinylchloride)-coated architectural fabric using spray coating method. Dispersions of nanoparticles and a flourochemical were prepared as top coating solutions. After spray-dry-cure process, contact angle, sliding (tilt) angle, 3 M water repellency test and surface morphology were compared between uncoated and top coated PVC surfaces. The results indicated that a specific nano-TiO₂ dispersion top coating produced a superhydrophobic layer on the top of the PVC surface with high contact angle (150°) and very low sliding angle (2°). Combination of two major requirements, the magnified of the degree of roughness and low surface energy, created self-cleaning effect on the PVC surface. Abrasion fastness of superhydrophobic top coating was improved by surface oxidation via UV–ozone surface treatments. Spectroscopic analysis demonstrated that formation of oxygenated functional groups has improved PVC wettability and adhesion. Results of artificial weathering test indicated no change in superhydrophobicity of top coated PVC.     

Papillae mimetic hairy composite spheres towards lotus leaf effect coatings

An effective approach is proposed to fabricate a robust superhydrophobic coating constructed from hairy composite spheres. The hairy spheres mimic structure of the papillae on the surface of lotus leaf. The synthesis is based on template method and the corresponding PANi hairy spheres are prepared by polymerization induced diffusion growth via nanosized channels of a polymer cage. The composite spheres become more robust by coating a layer of inorganic materials onto the PANi hairy spheres. By using a middle adhesive layer of epoxy resin, the hairy spheres can be tightly attached to the substrate. The superhydrophobic coating is achieved with a contact angle of 159.9 ± 1.9° and tilt angle below 2° by a post hydrophobic modification with octadecyltrichlorosilane. Such coating is robust enough to resist water flushing and organic solvents. This method can be scaled up for almost all kinds of substrates.     

等温热压印法制备超疏水薄膜

以刷涂有疏水性SiO2微球的筛网作为模具,通过等温热压印的方法,在聚乙烯（PE）塑铝复合薄膜上制备出超疏水表面。对压印压力、筛网目数、SiO2微球直径等参数对制品表面微结构形貌和疏水性能的影响进行了研究。结果表明,该方法可以在PE塑铝复合薄膜表面构筑出具有良好疏水效果的二级复合微结构;在压力作用下,SiO2微球会与PE基体共混形成复合体系,使得SiO2微球与基体的连接更加稳定;增加热压印压力可以增大微米级结构的深度,但是过大的压力会导致SiO2微球被PE覆盖,合理的压印压力应在8~12 MPa之间;减小SiO2微球的粒径可以进一步提高接触角数值;制品对水的接触角达到150°,滚动角低至1°,达到了超疏水的标准。     

聚芴醚酮超疏水喷涂纸及其性能

以聚二甲基硅氧烷(PDMS)和纳米SiO2掺杂聚芴醚酮(PFEK),采用溶液喷涂法在纸张表面构筑了耐用的超疏水涂层.考察了PDMS和SiO2用量(以PFEK和N-甲基吡咯烷酮的质量为基准,下同)对纸张水接触角的影响.结果表明,当PDMS和SiO2用量均为2％时,纸张表面的水接触角达到最大值170?,滚动角最小值为1?,聚合物将SiO2固定在纸张纤维上,使其表面呈现微纳米粗糙结构.超疏水性源于这种疏水粗糙表面下积蓄的空气对液滴浸润的抑制.制得的PFEK/PDMS/SiO2喷涂纸经过40个摩擦周期或12次对折测试后,其水接触角仍达到150°以上,能够维持超疏水性能,并具有较好的机械稳定性.拉伸测试表明,涂层将普通纸张的拉伸强度从10.1 MPa增强到37.8 MPa,在水中浸泡15 min后,该喷涂纸的拉伸强度为25 MPa,仍具有较好的力学性能.另外,PFEK/PDMS/SiO2喷涂纸能够抵抗黏稠泥土的污染,表现良好的自清洁性能.