近年來，隨著人們對生活質量要求的不斷提高以及環保和節能意識的不斷增強，具有自清潔功能的表面得到了迅速的發展。自清潔表面是指表面的污染物或灰塵在重力或雨水、風力等外力作用下能夠自動脫落或被降解的一種表面。
疏水塗料已廣泛套用於現代生活和工業中的諸多方面。
基本介紹
- 中文名：疏水性塗料
- 外文名：Hydrophobic coatings
- 拼音：shū shuǐ xìng tú liào
- 套用：耐玷污產品製作
- 領域：化學、生物
- 作用：疏水
簡介,理論模型,常用材料,套用,
簡介
表面疏水技術是一門廣博精深和具有較高實用價值的基礎技術，在人們日常生活中有著廣泛的套用。通過設計不同結構、化學和物理特徵的塗料，能夠提供固體材料新的附加功能，特別是現代工業對疏水塗料的快速增長的需求，給功能化的疏水塗料於勃勃生機。超疏水塗層正是在此基礎上發展而來的新型表面技術。
疏水塗料常指塗膜在光滑表面上的靜態水接觸角θ大於90°的一類低表面能塗料，而超疏水塗料是一種具有特殊表面性質的新型塗料，是指固體塗膜的水接觸角大於150°並且常指水接觸角滯後小於5°，具有防水、防霧、防雪、防污染、抗粘連、抗氧化、防腐蝕和自清潔以及防止電流傳導等重要特點，在科學研究和生產、生活等諸多領域中有極為廣泛的套用前景。
理論模型
液體在固體表面的潤濕特性常由楊氏方程描述。液滴與固體表面間的接觸角大，潤濕性差，其疏液體性強；反之則親液體性強。固體表面的疏水性與固體表面的表面能密切相關。固體表面能低，靜態水接觸角大，水接觸角大於90°時呈明顯的疏水性。目前已知的疏水材料有機矽、有機氟材料的表面能低，並且含氟基團的表面能依－CH2－>－CH3>－CF2－>CF2H>－CF3的次序下降。－CF3基團的表面能小至6.7 m J/m2，在光滑平面上的水接觸角最大，通過Dupre公式可計算為115.2°，長鏈碳氫基團的自組裝有序單層膜的水接觸角可達112°。而通常低表面能無序排列的有機矽、有機氟聚合物的水接觸角分別為101°、110°。
常用材料
氟/矽材料
氟元素的電負性最強，原子半徑很小，原子極化率很低，有機氟化合物中C－F鍵鍵能大，氟原子沿著碳鍵作螺線形分布，具有禁止效應，分子間作用力小，表面能很低。氟碳塗料中PTFE、FEP、ECTE、ETFE、PFA等是常用的耐候絕緣疏水塗料。也有人用PTFE、氟化聚乙烯、氟碳蠟或其它合成含氟聚合物等來製作超疏水塗膜。但氟樹脂與基體表面存在弱界面層，與金屬等基體結合強度差，需結合其它技術提高其對底材的粘附力，套用範圍有明顯限制。
其它疏水材料
其它合成高分子熔體聚合物如聚烯烴、聚碳酸酯、聚醯胺、聚丙烯腈、聚酯、不含氟的丙烯酸酯、熔融石蠟等結合一定的工藝技術也可獲得超疏水性。Han等使用原子轉移自由基聚合合成的三元嵌段共聚物Pt BA-b-PDMS-b-Pt BA製作了超疏水塗膜。
有機-無機雜化材料
有機-無機雜化材料常具有納米結構，不僅可提供含特定微觀結構的粗糙度，還能獲得顯著的靜態疏水性。由烷氧基矽烷製得的溶膠-凝膠雜化材料由於其獨特的光學性能被直接套用於傳統光學材料、有色玻璃、光防護、光成像、雷射、信息記錄及其它器件。
套用
自分層塗料
當塗料中某些成分的表面能與其他材料的表面能相差較大時，塗料在固化過程中將有相分離的趨勢，即自分層效應。自分層塗料是由性能不同的多種成膜物組成的塗料體系，一次塗覆在基層上，在介質的揮發或固化過程中，能自發地產生相分離和組分遷移，形成塗膜組成逐漸變化的梯度塗層，其性能類似多層塗料。其塗膜形成的機理是，不同聚合物極性不同，分子間作用力不同，在介質中的溶解度不同，是一個熱力學上的不穩定體系，隨著塗膜乾燥和固化的進行，介質組成不斷變化，互不相溶的成膜樹脂在界面張力梯度的作用下，通過液相對底材選擇性潤濕和對氣相界面的趨向差異，使得兩相相對流動，導致樹脂間的相分離，形成塗膜樹脂組分的梯度分層結構。
具有雙微觀特殊結構的疏水塗層
Barthlott和Neihuist通過對荷葉等植物葉子的表面觀察發現，荷葉的表面有很多微米級乳突以及表面能較低的蠟晶，這使得荷葉表面具有超疏水自清潔特性。近年來，人們對荷葉超疏水性能的深入研究，發現荷葉表面的微米乳突上還分布著納米分支結構，該種雙微觀結構使得荷葉表面獲得了極高的接觸角，限制了液滴在其表面的鋪展，使得液滴呈球狀且能以較小的傾角滾落。
基於納米材料的耐玷污塗料
納米材料由於其特殊的表面性質在建築塗料方面得到了大量的使用而引人注目，納米材料的加入可以提高塗料的硬度、耐水性，進而提高塗料的耐玷污性。張超燦詳細研究了加入納米Si O2後水性外牆塗料的耐玷污性，研究發現，經改性後的納米Si O2加入聚丙烯酸酯水性外牆塗料中，塗膜的表面硬度和耐玷污性能有較大提高。賈正鋒等採用γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷(MPTMS)、N-甲基全氟辛基磺醯基胺基丙烯酸乙酯(MPSAEA)和甲基丙烯酸甲酯共聚在聚合物中成功引入含氟單體，然後利用原位複合技術引入Ti O2納米微粒，製備了均勻透明的Ti O2納米複合含氟聚合物材料，得到具有疏水性的塗層。
