Page 91 - 涂料工业2024年第02期电子刊

王一凡等：超疏水涂层及其功能化研究进展

通过向自然界的不断探索和学习，人们发现荷 附着力等性能下降。
叶、水稻叶、水黾腿、蝴蝶翅膀等多种动植物均表现 1. 2 相分离法
出超疏水的特性 [1-3] 。 德国科学家 Barthlott 等 于 相分离法是将聚合物溶液中的液相移除，使聚
[4]
1997 年首次利用扫描电镜研究了荷叶的超疏水表 合物成膜并得到多孔、粗糙结构的方法。此法有利
面，后续的研究表明超疏水性主要归因于低表面能 于获得超疏水介孔薄膜，但对溶剂、温度等制备条件
物质和微纳米粗糙结构的协同作用 [5-6] 。因此，科学 较敏感。Li 等 首先通过溶液聚合合成了含氟聚丙
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工作者通过构建微纳结构并修饰低表面能物质，制 烯酸酯共聚物，然后利用含氟链段在不同溶剂中的
备出大量超疏水涂层及表面，在自清洁 、防腐蚀 、 溶解度差异产生相分离，制备了含氟聚丙烯酸酯超
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防污防水 、油水分离 [10-11] 、电力传输 等领域得到了 疏水涂层，如图 1 所示。在制备过程中，通过改变溶
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[12]
广泛应用。然而，随着人工智能、柔性电子、高频通 剂醋酸乙酯和甲基异丁基甲酮的用量，可以获得不
讯、液滴操纵及传输、古文物修复与保护等领域的快 同形貌的超疏水涂层。
速发展，普通的超疏水涂层已难以满足实际的应用要 健
求。近年来，兼具超疏水性和导电性、阻燃性、导热
康
科
探
应
性、透明性或自修复性的新型超疏水涂层的设计、制 工
·
备及应用已成为该领域的研究热点。本文介绍了超 学
索
艺
用
疏水涂层的制备方法，重点综述了超疏水涂层在功能 安
技
研
开
视
化方面的研究进展，展望了超疏水涂层的发展方向。 全
·
发
术
究
1 超疏水涂层的制备方法 点
环
B C D E 境
超疏水是材料表面浸润性能的一种表现，与固、
? ?
液、气三相交界处的作用力大小相关。当涂层表面 图1 超疏水氟化丙烯酸共聚物涂层的制备过程
与水的接触角大于 150°且滚动角小于 10°时，可将该 Fig. 1 Preparation process of superhydrophobic fluorinated acrylic
涂层视为超疏水涂层 [13-14] 。通常，制备超疏水涂层需 copolymer coating layer
要具备 2个关键要素：微纳粗糙结构和低表面能。目
1. 3 溶胶凝胶法
前，超疏水涂层的制备方法主要有模板法、相分离
溶胶凝胶法是将化学前驱体加入水中使其水解
法、溶胶凝胶法、层层组装法、喷涂法等。
或缩合，利用溶胶粒子间交联形成三维网络结构的
1. 1 模板法 凝胶，再经干燥、烧结来构筑纳米结构，最后对材料
模板法是将聚合物溶液浇注到粗糙基底上或者 进行疏水化修饰得到超疏水涂层。当前驱体中含有
将颗粒状模板分散于溶液中，在成型后经溶解或剥 低表面能物质时，溶胶凝胶法无需后续疏水化处理
离等方式将模板除去，从而得到粗糙涂层的方法。 即可制得超疏水涂层。该方法操作方便，制备成本
该方法易于实施，能够精确调控涂层表面的结构。 低廉，对基底要求不高，但涂层结构的可控性较差。
但受模板尺寸限制，利用该方法难以实现大尺寸超 Liu 等 将氟硅烷（FAS）加入含有氨水的乙醇溶液
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疏水涂层的构建。Qian等 采用荷叶为模板，构造出 中，接着将洁净的玻璃片浸入溶液，烘干后制得透明
[15]
基于环氧树脂形状记忆聚合物的超疏水涂层。该涂 的超疏水涂层。在该工作中，溶液体系中发生了溶
层具有优良的耐腐蚀性，且可修复外力碾压和小刀 胶-凝胶反应，FAS 经过水解、缩合，与氟碳基团形成
划刻造成的表面结构损伤。Liu 等 先将聚二甲基硅 了交联的网状结构。Yousefi 等 利用溶胶凝胶法制
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[19]
氧烷涂覆到玻璃上，然后在上面均匀撒上一层细小 得了超疏水聚氨酯-二氧化硅复合涂层。该涂层具
的盐颗粒作为模板，固化后再在沸水中将盐颗粒洗 有优异的超疏水性和高疏油性，水接触角和油接触
去，得到接触角和滚动角分别为 163°和 2°的超疏水 角分别为 159°和 140°，且铅笔硬度高达 6H，有较强的
涂层，并表现出良好的机械性能和自清洁能力。但 抵御外力破坏的能力。
是该涂层需要在沸水中去除盐颗粒以构造粗糙度， 1. 4 层层组装法
给实际操作带来不便，也会在一定程度上使涂层的 层层组装法是利用氢键、共价键、配位键、静电

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