浸涂法制备稳定超疏水、超双疏涂层及其应用研究

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超疏水、超双疏表面在许多领域都有潜在的应用前景,但制备方法复杂、机械稳定性差严重阻碍了其应用。因此,发展新的策略,在各种基材上高效制备稳定的超疏水、超双疏表面是非常具有挑战性的,也具有重要的科学意义和现实意义。在本论文中,我们通过将浸涂法和相分离过程相结合,实现了在不同材质和复杂形状的基材上快速制备稳定超疏水、超双疏涂层。首先采用氟硅烷对二氧化硅进行低表面能改性,再与不同种类的聚合物胶黏剂相结合并进行溶剂调控的相分离,最后通过一步浸涂法制备了超疏水、超双疏涂层。通过控制胶黏剂含量和相分离程度,调控涂层的表面结构和化学组成,制备了性能优异的超疏水、超双疏涂层。主要研究内容和结果如下:通过非溶剂(乙酸丁酯-乙醇)致相分离过程制备了超疏水改性Si O2(FD-Si O2)和聚(苯乙烯-co-异戊二烯)(PSI)胶黏剂的乳液,再通过一步浸涂法成功制备了FD-silica/PSI超疏水涂层。该涂层对水和其他常用液体均表现出优异的超疏水性(水接触角=165.7°,水滚动角=1.2°)、优异的抗刺穿性和高稳定性。同时,涂层具有优异的机械稳定性、化学稳定性和热稳定性。具体表现为:涂层经过50 k Pa水压冲击30 min后仍具有超疏水性;在酸、碱、盐、强氧化性溶液中浸泡一段时间后,涂层仍保持超疏水状态;耐400℃高温和长期紫外辐射。该超疏水涂层可以应用于防腐、防结冰等领域。该策略可使各种材质及多种复杂形状的基材实现超疏水,还具有简单、快速、规模化制备、低成本等许多优点,显著优于传统方法。在上述研究基础上,以更易挥发的乙酸乙酯代替乙酸丁酯为溶剂,以聚氨酯500s为粘结剂,进一步调控涂层的表面结构和化学组成,制得了FD-silica/500s超双疏涂层。该涂层不仅具有优异的静态超双疏性能,还具有优异的动态超疏液性能。油滴从35cm高处冲击涂层表面,涂层仍能保持超疏液性能。该涂层具有优异的机械稳定性、化学稳定性、热稳定性以及抗紫外老化稳定性。具体表现为:经过90次胶带剥离试验后仍具有超双疏性;可以耐受不同腐蚀性溶液侵蚀以及400℃的高温;可在模拟光照和雨林实验中循环20个周期后仍保持超双疏性能。此外,该涂层还具有较好的防结冰性能,在无光的户外环境条件下,涂层表面的水滴结冰时间显著延长。本研究为解决超疏水、超双疏涂层制备方法复杂、稳定性差、在实际应用中受限制的瓶颈问题提供了新的途径,并探索了涂层在防结冰、防腐方面的应用,为超疏水、超双疏涂层的制备及工业化应用提供了一种新思路。
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