超疏水涂料

涂料与涂装原理结课报告

学号061120132

姓名胡建军

主题超疏水涂料

指导老师郑兴顺老师

近年来，随着人们对生活质量要求的不断提高以及环保和节能意识的不断增强，具有自清洁功能的表面得到了迅速的发展。自清洁表面是指表面的污染物或灰尘在重力或雨水、风力等外力作用下能够自动脱落或被降解的一种表面。超疏水自清洁表面由于其独特的性能，在现实中的应用非常广泛，如建筑物窗玻璃、运输工具窗玻璃、挡风玻璃、后视镜、浴室镜子、眼镜镜片、测量仪器的玻璃罩等，当潮湿空气冷凝时，水滴在表面滚落，使表面维持高度的透明性，给车辆的安全行驶及工作效率的提高带来了极大的便利，具有广阔的应用前景。然后，我们将超疏水材料的应用拓展到了油水分离领域中，利用无电位沉积方法和溶液浸泡方法制备了两种同时具有超疏水和超亲油性质的铜网，相对于传统的分液漏斗而言，我们所制备的铜网分离效率更高，仪器更为简单。最后，我们利用原电池的方法制备了超疏水金属材料并将其应用到防腐蚀领域中，这样我们就将抗腐蚀材料的制备和电能的产生有机地结合在了一起，具有重要的理论意义和实际价值。

人们通常用液体在材料表面的接触角来表征材料表面的润湿性。按照水滴在材料表面接触角大小的不同，我们可以将材料进行如下分类: 当接触角小于90º时，我们认为这种材料是亲水材料；如果水滴在材料表面的接触角小于5º，那么这种材料是超亲水材料，例如经浓硫酸和双氧水（体积比为7：3）处理过的硅片，水滴在它的上面会立刻铺展开，展示出超亲水的性质；当材料表面接触角大于90º时，我们认为这种材料是疏水材料；如果材料的表面接触角大于150º，那么我们认为这种材料是超疏水材料，水滴不能在其表面稳定停留，极易滑落。超疏水涂料必须同时具备三方面的特性：具有低表面能的疏水性表面；合适的表面粗糙度；低滑动角。关于润湿性的理论研究，

在理想固体表面上，可以用杨氏方程来表述。一般认为，接触角越大其表面疏水性也就越高。但是，实验中发现，在自身重力的作用下，液滴在倾斜表面上的接触角将会发生改变，存在接触角滞后的现象。接触角滞后是指固体表面的前进接触角与后退接触角之间的差异。前进接触角是指在增加液滴体积时，液滴与固体表面接触的三相线将要移动而没有移动时的接触角，后退接触角是指缩小液滴体积时液滴与固体表面接触的三相线将要移动而未移动时的接触角。前进角总是大于后退角，两者的差值称为接触角滞后值。接触角滞后的程度代表了液滴从固体表面脱离的难易程度。接触角滞后越小，说明液滴越容易从固体表面滚落。

从以上理论分析可知，疏水涂料的疏水性离不开低表面能材料，超疏水性的实现离不开特定的表面粗糙度的疏水表面。有机硅/氟材料是最重要最常用的低表面能疏水材料，聚二甲基硅氧烷的表面能为21~22 mN/m，全氟烷则更小，为10 mN/m，比一般的有机化合物都小，远比水的表面能(72.8 mN/m)小，具有显著的疏水性。

氟元素的电负性最强，原子半径很小，原子极化率很低，有机氟化合物中C－F键键能大，氟原子沿着碳键作螺线形分布，具有屏蔽效应，分子间作用力小，表面能很低。氟碳涂料中PTFE、FEP、ECTE、ETFE、PFA等是常用的耐候绝缘疏水涂料。也有人用PTFE、氟化聚乙烯、氟碳蜡或其它合成含氟聚合物等来制作超疏水涂膜。但氟树脂与基体表面存在弱界面层，与金属等基体结合强度差，需结合其它技术提高其对底材的粘附力，应用范围有明显限制。以后氟聚合物涂料发展为含氟聚氨酯、含氟丙烯酸酯、含氟环氧树脂等具有功能性的高耐候性建筑涂料。这些氟聚合物涂料在成膜过程中含氟组分