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1、自清潔超疏水涂層的研究摘要：本文綜述了具冇自清潔超疏水涂層的研究進(jìn)展，介紹了實(shí)現(xiàn)自清潔目的的涂層所要具備的超疏水條件，并對(duì)超疏水的理論模型進(jìn)行了綜述。此外，介紹了幾種自清潔超疏水涂層的類型，女口：“仿生荷葉”型、有機(jī)硅型、有機(jī)氟型、有機(jī)氟硅型。關(guān)鍵詞：自清潔超疏水理論模型一、刖吞自清潔涂層是能夠不通過人工，而是自身可以通過外部環(huán)境保持潔凈的表面。例如，陽光的照射、風(fēng)的作用以及雨水的沖洗。此外，當(dāng)水在這固體表面上表現(xiàn)出很明顯的疏水性，水滴和涂層表面的接觸角大于150°,并且滯后角不超過10。的涂層叫做超疏水涂層。二、超疏水的理論模型對(duì)大口然中的超
2、疏水表面研究后發(fā)現(xiàn)，表面能達(dá)到超疏水的兩個(gè)條件，一是低的表面能，二是表面有粗糙的結(jié)構(gòu)。這里，簡(jiǎn)要介紹超疏水的理論模型。1Wenzel模型在1936年，通過熱力學(xué)定律，Wer^el計(jì)算出了液體和不平整表面相接觸時(shí)產(chǎn)生的接觸角，以及液滴和平整表面接觸時(shí)所產(chǎn)生的接觸角Z間的關(guān)系［1］?？梢杂行У剡\(yùn)用仿生的方法來在表面構(gòu)建粗糙度，WooKyungCho和他的團(tuán)隊(duì)［3］通過將有機(jī)硅水解，然后通過有低表面性質(zhì)的氟硅進(jìn)行改性。從而制備得到了有一定粗糙度的超疏水涂層。經(jīng)過測(cè)定發(fā)現(xiàn)，水滴在涂層表面的接觸角達(dá)到了160°以上，并且滯后角為2.4°,這里的粗糙度主要
3、是由于F-的作用。另有I才I隊(duì)［4］將丫-氨丙基三乙氧基硅烷（APS）添加在納米級(jí)的Si02溶膠中，反應(yīng)Z后，在基材表面經(jīng)過浸漬提拉法涂層。干燥后在SEVI下能看到有微米級(jí)的顆粒團(tuán)聚在一起，這和荷葉表面的結(jié)構(gòu)十分的相似，如此所得的涂層水接觸角能夠達(dá)到156°,滯后角在3°以下，而且在整個(gè)過程屮的穩(wěn)定性好，能夠在工業(yè)上進(jìn)行推廣?，F(xiàn)如今，歐美地區(qū)的各國(guó)以及我國(guó)香港等很多企業(yè)都開發(fā)出了此類涂料或助劑。此類先進(jìn)的研究和新的產(chǎn)品對(duì)今后自潔領(lǐng)域的進(jìn)一步擴(kuò)大有很大的幫助。而基于這一理念的涂層仍是研究的熱點(diǎn)。2基于超疏水理論的自清潔涂層在超疏水表面上的水滴能自
4、動(dòng)收縮成球狀，使得其與表面的接觸面積在很人程度上減小。如果污染物的表面能高于涂層的表面能，這樣，污染物想要附著在涂層表面就變得十分困難，至今，這是一種多數(shù)人認(rèn)可的耐污染的機(jī)理。依據(jù)這樣的一個(gè)機(jī)理。人即涂層表面的表面能低，超疏水涂層可以分為以下幾類：2.1冇機(jī)硅超疏水涂層目前市場(chǎng)中能夠見到的有機(jī)硅涂料種類十分多，有機(jī)硅不僅顯示出好的低表面能性質(zhì)，并且它的價(jià)格比較低。在有機(jī)硅氧烷結(jié)構(gòu)中，硅氧鍵Z間有著比較長(zhǎng)的鍵，并口鍵角也較大，很容易向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的結(jié)構(gòu)能讓-CH3基團(tuán)分布在聚合物外側(cè)，使得有機(jī)硅展現(xiàn)出獨(dú)特的疏水性。使用甲基三甲氧基硅烷（MTMS）
5、作為有機(jī)硅單體，在實(shí)驗(yàn)室中HuiyaBudunoglu［5］通過溶膠凝膠法。使得MTMS水解縮聚之后，在玻璃表面上的涂層接觸角為178.9°,這一接觸角近乎180°,不僅如此，以此所得的涂層的透明度高，并且熱穩(wěn)定性好。通過在高溫下進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)溫度高達(dá)400°C時(shí)，這一超疏水性能仍IH可以很好的保持，繼續(xù)升溫，疏水性不斷降低。當(dāng)這一溫度達(dá)到700°C時(shí)，涂層表面展現(xiàn)出超親水的特點(diǎn)。這樣的涂層表面有著納米級(jí)的孔，并且其折射率十分低。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)新興發(fā)展的電子產(chǎn)詁冇重大意義，同時(shí)，在特殊要求的高溫環(huán)境下能夠使用。有機(jī)硅烷單獨(dú)使用時(shí)能體現(xiàn)出好的疏水性，如
6、果復(fù)配上納米二氧化鈦粒子，不但不會(huì)消弱超疏水性能，而且還能提高表面的平整性以及表面的機(jī)械強(qiáng)度。2.2有機(jī)氟超疏水涂層在所有被發(fā)現(xiàn)的低表面能物質(zhì)當(dāng)屮，具冇最低表面能的是冇機(jī)氟。含有氟基因的物質(zhì)，其表面能是不同的，這其中含有三個(gè)氟原子的氟碳基因的表面能是最小的，能夠低至6.760mJ/m2,它的結(jié)構(gòu)是按照一定有序的規(guī)則排列的，這樣的結(jié)構(gòu)能夠很明顯地使涂層表面的自由能減小，含有-CF3基團(tuán)的平整面。水接觸角在121。［6］以上。疏水性很明顯。冇文獻(xiàn)報(bào)道了［7］采用兩種丙烯酸樹脂，一種帶冇-CH3基團(tuán)，一種含有低表面能物質(zhì)Fo這兩種物質(zhì)會(huì)聚合成雙嵌段聚
7、合物，在基材表面涂覆后，干燥的過程中溶劑會(huì)逐漸揮發(fā)，這樣使得嵌段聚合物上的含氟段排列在涂層最外部，因此得到了這樣的超疏水涂層。在很多金屬表面運(yùn)用超疏水表面能提高其防腐蝕性能。使用靜電紡絲技術(shù)。在金屬鋁的表面涂上了含氟雙嵌段聚合物。之后噴涂了厚度不一，并且有多種粗糙度的涂層。隨著涂層厚度的增加，涂層越能抵抗外部的腐蝕。這是由于嵌段聚合物屮含冇一COOH基團(tuán)，而其屮的丙烯月青可以提高整體的穩(wěn)定性。2.3氟硅超疏水涂層經(jīng)過一系列大量的研究工作，兩個(gè)都體現(xiàn)出好的低表面能性質(zhì)的物質(zhì)，如果能復(fù)合起來使用。即有機(jī)硅以及有機(jī)氟復(fù)配，不但能節(jié)省經(jīng)濟(jì)資源，也能展現(xiàn)
8、更好的疏水性，研究發(fā)現(xiàn)，這兩者結(jié)合，在疏水性能方面表現(xiàn)良好，此外，涂層的疏油性也十分明顯。呈現(xiàn)著雙疏的特點(diǎn)。有研究以氟代硅烷作為疏水試劑，采用正硅酸乙
