氟树脂硅溶胶复合涂层的制备和超疏水性能研究

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

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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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