纳米复合涂层制备及其性能【附数据】
纳米复合涂层制备及其性能【附数据】
超疏水纳米复合涂层因其优异的自清洁性能和防水性能，在建筑、电子、纺织等多个领域具有广泛的应用前景。本文通过两步喷涂法和一体化喷涂法制备了基于聚多巴胺（PDA）和二氧化硅（SiO2）纳米粒子的超疏水涂层，并对其性能和耐久性进行了系统研究。
采用两步喷涂法构建基于聚多巴胺（PDA）和二氧化硅（SiO2）纳米粒子的超疏水纳米复合涂层。首先，通过多巴胺（DA）的自聚合反应制备聚多巴胺。自聚合反应通常在碱性环境中进行，DA在碱性条件下形成聚多巴胺（PDA），其具有优良的粘附性和良好的生物相容性。将制备的PDA溶液喷涂在基底表面，形成一个粘附层。
1.1 聚多巴胺的制备
多巴胺在碱性环境中，通过自聚合形成聚多巴胺，过程简单且易于控制。通常选择氨水作为催化剂，调节pH值至10-11，反应时间约为24小时。所得的PDA具有良好的附着力和生物相容性，能够有效地粘附在各种基底材料上。
1.2 超疏水喷剂的制备与喷涂
在聚多巴胺粘附层的基础上，制备超疏水喷剂，防护剂LB-S1改性纳米二氧化硅（SiO2）被引入其中。LB-S1具有良好的疏水性和化学稳定性，可以有效提高涂层的超疏水性能。将制备好的超疏水喷剂喷涂在PDA粘附层表面，形成纳米复合涂层。
1.3 涂层性能分析
通过扫描电镜（SEM）和全反射红外光谱（ATR-FTIR）对制备的超疏水复合涂层进行表征。SEM图像显示，涂层表面由二氧化硅颗粒组成的微米-纳米双级多层粗糙结构构成。这种结构的形成使得涂层具有显著的超疏水性。ATR-FTIR分析显示，涂层表面被疏水的烷基长链修饰，进一步增强了其疏水特性。最终，制备的涂层接触角达153.6°，滚动角小于5°，具有良好的自清洁性能。
二、一体化喷涂法制备超疏水纳米复合涂层
为了简化制备过程，本研究进一步探索了一种更为简便的一步喷涂法。该方法在基底表面一次性喷涂聚多巴胺和二氧化硅（PDA-SiO2）纳米复合涂层。这一方法避免了两步喷涂过程中的复杂操作，提高了制备效率。
1.1 反应温度与SiO2与DA的摩尔比
实验中考察了反应温度和SiO2与DA的摩尔比对涂层润湿性能的影响。不同的反应温度和摩尔比会影响聚多巴胺和二氧化硅的相互作用及涂层的微观结构。通过优化这些参数，可以获得具有更优性能的超疏水涂层。
1.2 最佳制备条件
在最优的反应条件下（具体为SiO2与DA的最佳摩尔比和反应温度），制备的超疏水涂层表现出接触角达155.0°，滚动角小于5°。这一性能指标显示，该方法能够有效地实现超疏水涂层的制备。
1.3 结构与性能分析
通过SEM和ATR-FTIR对涂层进行表征。SEM图像表明，PDA粒子和SiO2粒子在基底表面形成了堆积状和突起的微米-纳米双级复合粗糙结构。该结构显著提高了涂层的超疏水性。ATR-FTIR分析进一步确认了低表面能物质的修饰，使复合表面呈现出优异的超疏水特性。
三、涂层的耐久性研究
为了评估所制备超疏水涂层的耐久性，本研究对涂层在不同基底表面进行了机械磨损测试，包括干摩擦、挤压和胶带粘附等。测试结果显示，在这些条件下，涂层仍能保持良好的超疏水性。
1.1 干摩擦测试
干摩擦测试用于模拟涂层在实际使用过程中可能受到的摩擦影响。测试表明，即使在反复干摩擦的情况下，涂层仍能维持其超疏水状态。这说明涂层具有良好的机械稳定性。
1.2 挤压测试
挤压测试用于评估涂层在承受压力情况下的耐久性。测试结果显示，涂层在挤压作用下未出现明显的性能下降，表明其具有较强的耐挤压性能。
1.3 胶带粘附测试
胶带粘附测试用于模拟涂层在实际环境中可能遇到的粘附情况。测试表明，尽管在胶带粘附的情况下，涂层依然保持了其超疏水性。这是因为PDA的强粘附性能增强了涂层的机械稳定性，使其在机械力作用下仍能维持超疏水特性。
- 总结与展望
本研究通过两步喷涂法和一步喷涂法制备了高性能的超疏水纳米复合涂层。两种方法分别在不同的制备条件下显示出了优异的超疏水性能和耐久性。通过机械磨损测试，验证了涂层在多种基底表面下的良好稳定性和耐用性，为实际应用提供了可靠的数据支持。然而，仍需进一步研究涂层在更为复杂环境条件下的长期稳定性和性能表现。