超疏水涂层干货分享

疏水性指的是一个分子（疏水物）与水互相排斥的物理性质。疏水性分子偏向于非极性，并因此较会溶解在中性和非极性溶液（如有机溶剂）。疏水性分子在水里通常会聚成一团，而水在疏水性溶液的表面时则会形成一个很大的接触角而成水滴状。水分子与不同固体材料表面之间的相互作用情况是各不相同的。在水（液相）、材料（固相）与空气（气相）三相的交点处，沿水滴表面的切线与水和材料接触面所形成的夹角θ称为接触角。亲水性的材料水接触角小于90度。疏水性的水接触角大于90度，小于150度，超疏水性的水接触角大于150度,如下图所示。

我们都知道下雨后，水滴不会粘在荷叶表面，而是像一粒粒珍珠似的在叶面上来回滚动，这便是自然界中*常见到的超疏水现象。超疏水材料由于其优异的超拒水性能，在国防、工农业生产和日常生活中有着广泛的应用前景，例如可以广泛应用于需要拒水防污的场景的超疏水涂层。

传统防污涂料采用杀虫剂、重金属盐类防污剂等方法处理海洋生物污损，但大都存在海洋生态环境的破坏、防污性能不稳定、长效防污能力差、成本高等问题。而超疏水防污涂料涂层是从海洋污损生物的附着机理出发其低表面能的表层使海洋生物产生的有机物黏液不能得到有效地铺展和黏附，直接从“根本上”解决污损的附着问题。

先将正硅酸四乙酯（TEOS）溶解在在无水乙醇中后加入适量氨水的方法制备二氧化硅溶胶凝胶；之后用TEOS和甲基**氧基硅烷（MTMS）在无水乙醇环境下反应，而后加入氨水的方法制备得到硅氧烷改性溶胶凝胶；按一定比例混合硅氧烷改性溶胶凝胶和十三氟辛基**氧基硅烷（FAS-13），室温下搅拌后在超声机中超声使其充分反应，制得氟化硅溶胶凝胶。

将氟化硅溶胶凝胶干燥后选用异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯（NDZ-201）对其进行处理并加入到环氧树脂中，通过C—O—Ti键稳固的连接在一起，进一步提高填料分散性并保持稳定，就能制得一款防腐性强、机械性能优异的超疏水涂料。

复合改性前后SiO2的XRD分析结果如下图所示。从图中可以看到，未改性SiO2只有1个馒头特征峰，在2θ=23°处符合SiO2标准卡片特征峰，且该峰强度逐渐减弱直至平滑。因此，未改性纳米SiO2粉末是非晶态物质，在衍射角23°之后衍射强度起伏很小，属于平滑区。复合改性后的SiO2的XRD谱图仍为宽峰，说明也为非定型结构，即MTMS和FAS-13复合改性的硅溶胶并没有改变硅溶胶的无定型结构。

溶胶粒径越小、分散越均匀，涂膜表面微纳粗糙结构越致密，结构凹陷处储存的“气垫”越多，疏水效果越好。从下图a中可以看出不同氨水用量下，分布曲线都呈单峰分布，且分布范围较窄，生成的SiO2溶胶分散性较好。从下图b中可以看出，烷基硅烷加入反应体系中后，影响原来体系中SiO2晶核的形成，随着硅氧烷用量的增加，体系中Si—(OH)4和CH3—Si—(OH)3的浓度增大，缩合反应速率增大，生成的SiO2晶核表面接枝有很多的—Si—CH3基团，且—Si—CH3基团的空间位阻较Si—OH基团大，阻止了SiO2晶核的继续长大，使得粒径减小。当TEOS与MTMS体积比1：1时，得到的改性溶胶PDI*小，分布曲线呈单峰分布且分布范围较窄，分散性*好。

通过此方法制备的TiFSiO2-EP涂层不仅具有良好的超疏水效果，且机械性能优异、防腐性强，可长时间应用于海上施工设备、远洋船舶等基材上，发挥疏水防污效果。

通过上述表征方法和诸如酸碱测试和综合热测试等方法，程、魏等得到了如下一些结论，这对于用溶胶凝胶法制备超疏水材料具有重要的借鉴意义。

(1) 纳米SiO2溶胶为超疏水表面的构建提供粗糙结构，FAS-13、MTMS起到降低表面自由能的作用。通过实验研究发现，当TEOS、MTMS、FAS-13的体积比达到1：1：2时，SiO2薄膜水接触角超过150°，满足超疏水性能要求。

(2) FAS-13中的Si—O键和C—F键的高键能、低表面能特性，显著提升EP涂层的疏水性和耐酸碱性。

(3) 钛酸酯偶联剂NDZ-201的质量为粉体质量的2%时，氟硅烷粉末在环氧树脂中分散性能*好，且离心稳定性达到1级。

(4) 钛氟硅烷粉末质量分数为60%时，TiFSiO2-EP涂层具有优异的机械性能、疏水性和耐腐蚀性能。涂层附着力为2级，硬度为3H，柔韧性为1 mm，耐冲击为50 cm，实部阻抗达到4.1×108 Ω∙cm2，水接触角超过150°，满足超疏水性能要求。