一种具有多层自相似锚固结构的超疏水复合涂层及其制备方法

一种具有多层自相似锚固结构的超疏水复合涂层及其制备方法

超疏水表面具有优异的疏水性、自清洁性、防污和防覆冰等性能，在建筑、纺织、航空等领域具有广泛的应用前景。然而，目前的超疏水涂层普遍存在机械耐磨性差、表面低表面能物质消耗后无法得到补给、受损后表面超疏水性能容易丧失等问题。针对这些问题，重庆交通大学的研究团队开发了一种具有多层自相似锚固结构的超疏水复合涂层，该涂层不仅具有优异的超疏水性能，还具有较高的机械耐久性。

超疏水涂层的现状与挑战

目前，超疏水涂层的研究和应用面临以下挑战：

1. 机械性能差：现有超疏水涂层在受到机械外力作用时，容易破坏表面的微纳粗糙结构，导致超疏水能力急剧下降。
2. 制备方法复杂：一些超疏水涂层的制备过程繁琐，成本高，限制了其应用范围。
3. 层间结合力不足：部分双层超疏水材料上下层的层间结合力不好，整体机械稳定性差。

新型超疏水复合涂层的创新设计

为了解决上述问题，研究团队开发了一种具有多层自相似锚固结构的超疏水复合涂层。该涂层由超疏水底层和超疏水面层组成，两层之间通过微纳多孔结构相互作用，形成牢固的粘接锚固。

材料组成

• 超疏水底层原料：溶剂（50-70份）、高强度黏附材料（10-30份）、增韧材料（8-25份）、高惰性纳米颗粒（1-3份）、成膜材料（5-20份）、增塑材料（0.5-2份）、填料（1-3份）、颗粒状粗糙材料（8-12份）、固化材料（0.2-0.6份）。
• 超疏水面层原料：溶剂（25-40份）、高惰性纳米颗粒（1-3份）、低表面能材料（1-3份）、功能添加材料（0.6-1.5份）。

制备方法

1. 超疏水底层溶液制备：

• 将高强度黏附材料、成膜材料和增塑材料溶于溶剂中搅拌并超声分散，得到溶液A。
• 将高惰性纳米颗粒、增韧材料、填料共混溶于溶剂中搅拌并超声分散，得到溶液B。
• 将溶液A、溶液B、固化材料和颗粒状粗糙材料混合。

2. 超疏水面层溶液制备：

• 将高惰性纳米颗粒分散到无水乙醇中，得到气相纳米二氧化硅悬浮液。
• 加入低表面能物质搅拌，最后加入功能添加材料搅拌并超声分散。

性能优势

• 优异的超疏水性能：静态水接触角达到163°±0.8°，滚动角为3°±0.8°。
• 高机械耐久性：在300g压力下经过150次循环的砂纸摩擦后，接触角下降最高仅6.1%。
• 良好的抗腐蚀能力：在酸性、碱性和盐溶液中浸泡8小时后，涂层接触角依然保持在150°以上，滚动角保持在10°以下。

结论

这种新型超疏水复合涂层通过多层自相似锚固结构设计，不仅解决了传统超疏水涂层的机械稳定性问题，还保持了优异的超疏水性能。这种创新设计为超疏水涂层在更多领域的应用开辟了新的可能性。

技术研发团队：鲁浈浈、李钰馨

受保护的技术使用者：重庆交通大学

技术公布日：2025/2/27