CN109181530B - 聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层及其形成方法 - Google Patents

聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层及其形成方法 Download PDF

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Abstract

一种聚二甲基硅氧烷‑双尺度二氧化硅复合超疏水涂层及其形成方法，复合超疏水涂层包括聚二甲基硅氧烷层、以及均匀分散在聚二甲基硅氧烷层上的二氧化硅颗粒。通过将含有大粒径二氧化硅纳米粒子的聚二甲基硅氧烷涂层材料固化后对涂层进行灼烧的方法，获得了复合超疏水涂层，该复合超疏水涂层为二级表面粗糙结构。本发明增强了涂层本身的耐久性，并可通过打磨或再次灼烧的方法恢复表面的超疏水性能，进而能够长期保持涂层表面的优良性能。

Description

聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层及其形成 方法
技术领域
本发明涉及一种材料领域，特别涉及一种聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层及其形成方法。
背景技术
在材料表面涂覆涂层是改变材料表面性能的一种重要手段，而润湿性是材料表面的一种重要特性，如水在玻璃表面的铺展，雨水对织物表面的浸润等。荷叶表面因其具有良好的疏水性能而引起了人们的兴趣。为此，基于荷叶效应的超疏水涂层材料早已受到人们的关注并且广泛应用于防污、防腐、自清洁、减阻等方面。超疏水的效果通常用材料表面的水接触角和滚动角来衡量。通常情况下，将水接触角大于150°，滚动角小于10°的表面定义为超疏水表面。目前对于超疏水表面的构建通常采用表面能较低的涂层材料，用物理化学方法制造出微米甚至纳米级别的粗糙结构，亦或是先构建表面的微纳米级粗糙结构再降低其表面能。随着科学技术的进步，已有许多构造超疏水功能表面的方法被应用。
申请号为201710875001.4公开了一种超疏水薄膜的制备方法，通过二氧化硅溶胶与氯化锌溶液对铜基体表面进行修饰的方法构造微纳米多级结构粗糙度，再利用十二烷基三甲氧基硅烷与二氧化硅、氯化锌交联，降低薄膜的表面能，从而构建了超疏水功能表面。得到的表面性质稳定，但利用化学法构造微纳米多级粗糙结构时间较长，且不利于控制反应进行的程度。
申请号为201510661330.X公开了一种超疏水二氧化硅粒子及超疏水涂层的制备方法，通过将二氧化硅纳米粒子用硅烷改性剂改性的方法构造了表面粗糙度并降低了表面能，再与环氧树脂混合喷涂或者浸渍于材料表面，从而使得表面获得超疏水功能，该涂层超疏水性能良好，但在技术上仍需对二氧化硅纳米粒子表面进行疏水化修饰才能够获得低表面能。
申请号为201711419653.3公开了一种自清洁超疏水长效防腐涂层，由改性油漆底层和自清洁超疏水面层组成。其防腐蚀性能优异并具备良好的自清洁效应。但在涂层的应用上需要预先在基材表面涂覆一层底漆，从而提高超疏水面层与基底材料接合的牢固度。
虽然很多方法都可构建具有超疏水功能的表面，但在工程领域对于材料表面的耐久性需求较高，其应具备良好的耐磨性以维持其表面功能的稳定。而传统的超疏水表面的微纳米级粗糙结构通常需要通过一些有毒的氟化物或者硅烷偶联剂等试剂的进一步修饰以降低表面能，步骤繁琐且表面的微纳结构易被破坏，使得很多超疏水涂层普遍存在着诸如耐磨性差，制造成本高昂，制备工艺复杂等缺陷，限制了其在相关领域的应用。
发明内容
本发明针对目前超疏水涂层普遍存在的问题，提供一种制备工艺简单，耐久性良好，表面具有一定弹性的超疏水涂层材料及其形成方法，可用于不同基底材料，尤其是在粗糙表面结构的构造上，通过将含有大粒径二氧化硅纳米粒子的聚二甲基硅氧烷涂层材料固化后对涂层进行灼烧的方法，获得了二级表面粗糙结构。这种方法有效的增强了涂层本身的耐久性，并可通过打磨或再次灼烧的方法恢复表面的超疏水性能，进而能够长期保持涂层表面的优良性能。
本发明之聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层，包括聚二甲基硅氧烷层、以及均匀分散在聚二甲基硅氧烷层上的二氧化硅颗粒。
聚二甲基硅氧烷廉价易得，而二氧化硅颗粒与聚二甲基硅氧烷具有良好的相容性，混合后形成的涂层性质稳定。经过研究发现，聚二甲基硅氧烷表面能较低，其形成的涂层在经过后火焰灼烧处理以后，表面的羟基在受热后生成水蒸气逸出，涂层表层产生质地均匀的纳米级二氧化硅颗粒，形成一定规模的低表面能粗糙结构。而通过预先向聚二甲基硅氧烷中添加较大粒径的的二氧化硅颗粒，再进行火焰灼烧处理，后生成的小粒径二氧化硅纳米粒子将紧密围于大粒径二氧化硅颗粒，从而实现具有二级表面粗糙结构的涂层表面。因聚二甲基硅氧烷在完全固化后弹性模量小，具备一定的弹性，在水流的冲击下可与水流产生谐动机制，不利于杂质附着，所以除获得超疏水性能外，还有利于在动态环境下防止水中的污染物附着的效果，同时还具备自清洁性能。
所述聚二甲基硅氧烷类型为高粘度热固化型。具体可列举为SYLGARD DC184或SYLGARD DC182等。
所述的二氧化硅纳米颗粒粒径为200～1000nm。
涂层适用的基底材料广泛，具有耐热性的玻璃、陶瓷及铁、铜、铝等金属及合金均可。
本发明之聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层形成方法，包括以下步骤：
1)制备粒径为200～1000nm的二氧化硅纳米粒子。
2)使用溶剂对上述二氧化硅纳米粒子进行分散处理，形成二氧化硅悬浮液。所述的分散处理是振荡处理加超声处理。
3)将二氧化硅悬浮液与聚二甲基硅氧烷混合形成混合液，然后将混合液涂覆于基材上，加热固化。
4)采用灼烧的方法对固化后的涂层进行后处理，涂层表面的羟基在受热后生成水蒸气逸出，涂层表层产生质地均匀的纳米级二氧化硅颗粒，与已制备的大粒径二氧化硅颗粒形成聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层，涂层表面为低表面能粗糙结构。
经过研究发现，通过将大粒径的适量的二氧化硅颗粒添加于有机溶剂中，经过振荡、超声等处理后，能够使颗粒较好的分散于有机溶剂中，形成二氧化硅悬浮液。再使其与含聚二甲基硅氧烷预聚物的有机溶液共混，并按照一定比例向体系中加入固化剂，搅拌均匀，将混合液涂覆于基材后经数小时热固化，即可形成稳定的聚二甲基硅氧烷-二氧化硅涂层。再通过火焰发生装置(酒精灯，酒精喷灯，液化气喷枪等)对涂层进行灼烧处理一定时间，即可获得一定厚度的聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合涂层，该涂层同时具备超疏水、耐摩擦、防污、自清洁等特性，且当涂层在受到外界恶劣环境的严重破坏(多次剧烈磕碰、锐器破坏性损伤等)后，通过简单的打磨或再次灼烧的方式即可完全恢复表面原有的功能。
步骤1)中，制备的二氧化硅纳米粒子的平均直径在200-1000nm，所需要的原料为正硅酸乙酯(分析纯)，氨水(质量分数25％)，纯水，无水乙醇。在本发明的一个优选实施方式中，所添加原料的体积百分比为：正硅酸乙酯2.1％、氨水3％、无水乙醇91％、纯水3.9％。反应需在25℃环境下反应进行4h。完毕后，将反应所得的白色混合液离心处理，得到二氧化硅纳米颗粒。为保证生成的二氧化硅颗粒纯度，需要对所得二氧化硅颗粒用无水乙醇清洗若干次，然后放入干燥箱中干燥。
步骤2)中，需要对步骤1)中所述的二氧化硅纳米粒子进行分散处理。所用的溶剂可以是四氢呋喃、乙酸乙酯、甲苯、丙酮、氯仿中的一种。分散方式采用振荡并超声处理的方法。其中振荡时间及超声时间对二氧化硅颗粒的分散性影响较大。如时间过短，则极易引起颗粒物的团聚，进而影响后续涂层组分的均匀度及涂层的功能。在本发明的一个优选实施方式中，将步骤1)所得的二氧化硅颗粒在乙酸乙酯中振荡5min，而后用超声处理15min分钟。
步骤3)中，首先将聚二甲基硅氧烷的预聚物在有机溶剂中溶解，搅拌均匀，再按比例加入固化剂及步骤2)所得的二氧化硅悬浮液混合并超声处理。待混合液达到内部成分、状态稳定后，可通过滴涂，浸涂、旋涂，刷涂等方式涂覆于基材表面，加热固化。在本发明的一个优选实施方式中，样品置于80℃下固化15小时固化效果较好。固化后即可得到聚二甲基硅氧烷-二氧化硅涂层。在本发明的一个优选实施方式中，聚二甲基硅氧烷、固化剂及二氧化硅颗粒质量比为20:2:1，即每1g聚二甲基硅氧烷预聚物对应添加0.1g固化剂及0.05g二氧化硅纳米颗粒。完成后将上述涂层液滴涂于不锈钢薄片上。本发明所选用的涂层基底材料范围广，具有耐热性的玻璃、陶瓷及铁、铜、铝等金属及合金均可。
步骤4)中，将步骤3)得到的聚二甲基硅氧烷-二氧化硅涂层在火焰下进行烧灼处理。火焰发生装置可采用酒精灯、酒精喷灯、液化气喷枪等。加热时间根据所选择的火焰发生装置以及涂层厚度的不同而有所差异。如酒精灯火焰处理的时间范围为20-40s；酒精喷灯及小型液化气喷枪火焰处理时间为10-20s。在本发明的一个优选的实施方式中，将涂敷于不锈钢基材的聚二甲基硅氧烷-二氧化硅涂层以丙烷喷枪作为火焰发生装置进行烧灼处理15s，冷却至室温后，即可得到聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合涂层。
关于超疏水表面在动态液流下的减阻作用已被广泛认可，在实际应用中超疏水表面可以用于提高管道内液流的传输效率，降低水下航行体的流动阻力。但很多超疏水表面的微观粗糙结构在流体剪切力的作用下容易被破坏，失去原有功能，限制了其大规模应用。本发明所提供的超疏水材料表面的构建方法操作简单，主体材料聚二甲基硅氧烷廉价易得，并且与金属材料接合性好。本发明中经过火焰烧灼处理后所形成的二级表面粗糙结构理化性质稳定，耐久性好，具有广泛的用途。如应用于潜艇：水下航行体的阻力主要来源于摩擦阻力，形状阻力以及兴波阻力，本发明应用于潜艇金属外壳表面，可减少潜艇和水流在相对运动过程中产生的摩擦阻力。此外，本发明还可用于水下金属表面的防污和自清洁等。本发明所用的主体材料为聚二甲基硅氧烷，固化后形成的涂层体杨氏模量小，在动态水流的作用下可与水流形成谐动机制，更有利于防止污染物附着。
本发明相对传统的超疏水表面具有以下优点及有益效果：
1、本发明所用原料聚二甲基硅氧烷廉价易得、环境友好；
2、本发明所用的二氧化硅纳米颗粒，不需要进一步的处理(如使用昂贵且有毒的氟化物或其他疏水剂修饰)，省去了传统工艺中对于涂层表面疏水化处理的系列步骤，简化了工艺，节约了成本。
3、涂层的可适用的涂覆基材范围广，具有耐热性的玻璃、陶瓷及铁、铜、铝等金属及合金均可。可根据不同领域采用不同的涂覆方法，滴涂、旋涂、浸渍、刷涂均可，不受原材料表面形状、体积的限制。
4、对涂层的后处理只需要火焰简单灼烧，短时间内即可形成聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合涂层(即涂层表面呈二级表面粗糙结构)，操作简单，制备周期极短，易于大规模应用于交通、建筑、军事等领域。
5、本发明实现的二级表面粗糙结构，较单一微观尺度的粗糙表面相比，耐磨性更佳。因烧灼处理后的二级表面粗糙结构具有一定的厚度，可循环使用。在多次磨损测试后，仍可以保留良好的疏水性能，可靠性高。
6、按本发明的步骤所得到的具有一定弹性的涂层表面，可以与液流产生谐动机制，更有利于在动态液流状态下的防污和自清洁。
7、在极端恶劣的环境下(多次剧烈磕碰、锐器破坏性损伤等)，可以通过打磨或再次火焰烧灼处理的方式恢复原有性能，且性能相比于涂层损坏前无明显差异，便于后期维护保养。
附图说明
图1为本发明实施例1所得涂层的场发射扫描电镜图片。
图2为水滴在本发明实施例1所得涂层的静态水接触角图片。
图3为本发明实施例1所得涂层的自清洁性能测试图片。
图4为本发明实施例2所得涂层的防污性能测试图片。
图5为本发明对比例2所得涂层的防污性能测试图片。
具体实施方式
实施例1：
(1)二氧化硅纳米粒子的制备
首先将90ml无水乙醇、3.9ml氨水(质量分数25％)、3.9ml纯净水共混于圆底烧瓶中，磁力搅拌500r/min，搅拌5min后，向上述混合液中添加2.1ml正硅酸乙酯(分析纯，下同)，反应进行4h.将反应完成后的混合液放置于样品管中准备离心处理。其中离心机转速6000r/min，离心时间3min。离心完成后得到底部白色沉淀而上层澄清的固液分离体系。底部白色沉淀经无水乙醇反复清洗若干次后，放入60℃干燥箱中干燥5h，即可得到二氧化硅纳米粒子，经测定，粒子直径平均值为200nm.
(2)取0.05g上述二氧化硅纳米粒子于样品管中，加入1ml乙酸乙酯，用振荡器振荡3min，然后超声处理10min.得到二氧化硅悬浮液。
(3)将1g聚二甲基硅氧烷预聚物与2.5ml乙酸乙酯混合，振荡5min待用。随后加入0.1g固化剂及上述1ml二氧化硅乙酸乙酯悬浮液，振荡10min.得到混合均匀的涂层液。
(4)将涂层液均匀滴涂于不锈钢薄片(规格为30mm×20mm)上，放入80℃干燥箱中固化15h。对固化后的样品在酒精灯下灼烧30s(酒精灯规格150ml)，即得聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层。
该涂层表面的场发射扫描电镜图片如图1所示，在不锈钢基材上制备了聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合涂层.图片显示，涂层表面形成二级粗糙结构。
水滴在该聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层表面的静态接触角图片如图2所示，由图2可知，水在该涂层表面的静态接触角为154°。
经测定，水滴在该聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层表面的滚动角为2°
实施例2：
(1)二氧化硅纳米粒子的制备
首先将60ml无水乙醇、8ml氨水(质量分数25％)、3.9ml纯净水共混于圆底烧瓶中，反应温度为40℃，磁力搅拌500r/min，搅拌5min后，向上述混合液中添加5ml正硅酸乙酯，反应进行6h。将反应完成后的混合液放置于样品管中准备分离。其中离心机转速6000r/min，离心时间3min。离心完成后得到底部白色沉淀而上层澄清的固液分离体系。底部白色沉淀经无水乙醇反复清洗若干次后，放入60℃干燥箱中干燥5h即可得到二氧化硅纳米粒子，经测定，粒子直径平均值为500nm.
(2)取0.05g上述二氧化硅纳米粒子于样品管中，加入1ml乙酸乙酯，用振荡器振荡3min，然后超声处理10min.得到二氧化硅悬浮液。
(3)将1g聚二甲基硅氧烷预聚物与2.5ml乙酸乙酯混合，振荡5min待用。随后加入0.1g固化剂及上述1ml二氧化硅乙酸乙酯悬浮液振荡10min.得到混合均匀的涂层液。
(4)将不锈钢薄片(规格为30mm×20mm)上浸没于上述涂层液中10min，垂直拉出，放入80℃干燥箱中固化15h.随后对固化后的样品用酒精灯(规格150ml)灼烧30s，即得聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层。
经测定，制得的聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅涂层表面的静态水接触角为154.6°，滚动角为3.5°
实施例3：
(1)二氧化硅纳米粒子的制备
首先将90ml无水乙醇、3.9ml氨水、3.9ml纯净水共混于圆底烧瓶中，磁力搅拌500r/min，搅拌5min后，向上述混合液中添加2.1ml正硅酸乙酯，反应进行4h.将反应完成后的混合液放置于样品管中准备分离。其中离心机转速6000r/min，离心时间3min。离心完成后得到底部白色沉淀而上层澄清的固液分离体系。底部白色沉淀经无水乙醇反复清洗若干次后，放入60℃干燥箱中干燥5h，即可得到二氧化硅纳米粒子，经测定，粒子直径平均值为200nm
(2)取0.2g上述二氧化硅纳米粒子于样品管中，加入2ml乙酸乙酯，用振荡器振荡5min，然后超声处理10min.得到二氧化硅悬浮液。
(3)将1g聚二甲基硅氧烷预聚物与2.5ml乙酸乙酯混合，振荡5min待用。随后加入0.1g固化剂及上述1ml二氧化硅乙酸乙酯悬浮液振荡10min.得到混合均匀的涂层液。
(4)将涂层液均匀滴涂于白铜片(规格为35mm×30mm)上，放入80度干燥箱中固化15h.随后对固化后的样品用丙烷喷枪灼烧15s(喷枪规格：高20cm，底部直径6.5cm)，即得聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层。
经测定，制得的聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅涂层表面的静态水接触角为153°滚动角为3°
实施例4：
(1)二氧化硅纳米粒子的制备
首先将90ml无水乙醇、3.9ml氨水(质量分数25％)、3.0ml纯净水共混于圆底烧瓶中，磁力搅拌500r/min，搅拌5min后，向上述混合液中添加2.1ml正硅酸乙酯，反应进行4h.将反应完成后的混合液放置于样品管中准备分离。其中离心机转速6000r/min，离心时间3min。离心完成后得到底部白色沉淀而上层澄清的固液分离体系。底部白色沉淀经无水乙醇反复清洗若干次后，放入60℃干燥箱中干燥10h，即可得到二氧化硅纳米粒子，经测定，粒子直径平均值为200nm。
(2)取0.2g上述二氧化硅纳米粒子于样品管中，加入2ml乙酸乙酯，用振荡器振荡5min，然后超声处理10min.得到二氧化硅悬浮液。
(3)将1g聚二甲基硅氧烷预聚物与2.5ml乙酸乙酯混合，振荡5min待用。随后加入0.1g固化剂及上述1ml二氧化硅乙酸乙酯悬浮液振荡10min.得到混合均匀的涂层液。
(4)将涂层液用涂料刷均匀刷涂于陶瓷薄片上(规格为70mm×70mm)，放入80℃干燥箱中固化15h.随后对固化后的样品局部位置用酒精灯(酒精灯规格：125ml)灼烧25s，即得聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层。
经测定，制得的聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅涂层表面的静态水接触角为156.5°，滚动角为1.5°
实施例5：
(1)二氧化硅纳米粒子的制备
首先将50ml乙醇和10ml氨水(质量分数25％)添加于圆底烧瓶中，磁力搅拌600r/h，随后后添加0.5ml正硅酸乙酯和2ml乙醇的混合物，反应25℃下进行4h，然后逐滴添加10ml正硅酸乙酯和40ml乙醇的混合物，在25℃下继续反应2h，将反应完成后的混合液放置于样品管中准备分离。其中离心机转速6000r/min，离心时间3min。离心完成后得到底部白色沉淀而上层澄清的固液分离体系。底部白色沉淀经无水乙醇反复清洗若干次后，放入60℃干燥箱中干燥10h，即可得到二氧化硅纳米粒子，经测定，粒子直径平均值为1000nm。
(2)取0.02g上述二氧化硅纳米粒子于样品管中，加入1ml四氢呋喃，用振荡器振荡3min，然后超声处理10min.得到二氧化硅悬浮液。
(3)将1g聚二甲基硅氧烷预聚物与3ml四氢呋喃混合，振荡5min待用。加入0.1g固化剂及上述1ml二氧化硅乙酸乙酯悬浮液振荡10min.得到混合均匀的涂层液。
(4)将涂层液均匀滴涂于铝片(规格为30mm×30mm)上，放入80℃干燥箱中固化15h.随后对固化后的样品用酒精喷灯(J2609型)灼烧12s，即得聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层。
经测定，制得的聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅涂层表面的水静态接触角为156.3°滚动角为1°
对比例1：
(1)将1g聚二甲基硅氧烷预聚物与2.5ml乙酸乙酯混合，振荡5min待用。加入0.1g固化剂及上述1ml二氧化硅乙酸乙酯悬浮液振荡10min.得到混合均匀的涂层液。
(2)将涂层液均匀滴涂于不锈钢薄片(规格为30mm×20mm)上，放入80℃干燥箱中固化15h.随后对固化后的样品在酒精灯(酒精灯规格：125ml)下灼烧30s。即得聚二甲基硅氧烷-单尺度二氧化硅超疏水涂层。
经测定，制得的聚二甲基硅氧烷-单尺度二氧化硅超疏水涂层表面的水静态接触角为150°。滚动角为7°.
对比例2：
(1)将1g聚二甲基硅氧烷预聚物与2.5ml乙酸乙酯混合，再加入0.1g固化剂，振荡5min
(2)将不锈钢薄片(规格为30mm×20mm)浸没于上述涂层液中10min，垂直拉出，放入80℃干燥箱中固化15h.得聚二甲基硅氧烷涂层。
本发明的聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层性能测试
1、超疏水性能
测试方法：用DSA255触角测量仪(德国Kruss公司生产)，以5ul水滴测量涂层表面的接触角和滚动角大小。
测试结果：图2为实施例1所得到的聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层性能测试图。图2的结果显示，本发明的超疏水涂层对水的接触角为154°，滚动角为2°，具有良好的超疏水性能。
2、自清洁性能
测试方法：将高锰酸钾粉末均匀撒在实施例1所得涂层样品表面，将样品放置于倾斜角为30度的载物台上，将水滴从一定的高度滴落到涂层样品的中部，记录水滚落前后涂层表面的状态。
测试结果：图3为实施例1所得涂层样品自清洁性能测试图。图3的结果显示，实施例1所得涂层样品在水滴滚落后的区域表面呈现洁净状态。
3、抗磨损性能
测试方法：将实施例1、2、3、4、5所得待测超疏水表面放置于400目的砂纸上，使待测超疏水表面(规格为30mm×20mm)与砂纸接触，在砂纸的非研磨面设置加载砝码(1kg)。使待测的超疏水样品在外力作用下向水平方向移动10cm，然后将样品旋转90°，使其在外力作用下再向水平方向移动10cm；完成此步骤记为一个磨损周期T。每完成一次磨损周期后，测试待测超疏水涂层样品的水接触角。待水接触角小于150°时停止测试。并记录磨损周期数。测试结果如表1所示。为验证本发明所述的聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层较未加入大粒径二氧化硅颗粒的涂层(直接对普通聚二甲基硅氧烷涂层进行烧灼处理而形成的单一微观粗糙尺度的涂层)更耐磨，进行了对比例1的样品以相同方法行烧灼处理和耐磨性测试。
表1 测试结果
Figure BDA0001784404780000131
Figure BDA0001784404780000141
4、防污性能
测试方法：收集混有泥沙的污水(污水来源：人工湖)置于烧杯中。将实施例2所得样品水平放置，将烧杯中的污水直接倾倒于样品表面，使表面接受污水的冲击并反复数次，观察样品表面状态并在同等测试条件下对对比例2所得样品表面进行测试。
测试结果：测试后的实施例2所得涂层样品表面状态如图4所示，结果表明实施例2所得样品经过污水冲击后，样品的表面保持洁净，未受污染物污染。
测试后的对比例2样品表面状态如图5所示，结果表明对比例2所得样品经过污水冲击后，样品表面粘附了少许泥沙等污物。
5、可修复性测试：
可修复性测试1：
测试方法：先对实施例3所得样品进行上述各项性能测试。其水接触角为153°，滚动角为3°，自清洁性能、抗磨损性能、防污性能均良好。然后使用不锈钢刀具将实施例3所得样品表面反复进行破坏性刮擦，直到样品的静态水接触角小于150°且其它能各项性能下降。随后使用600目砂纸对样品表面反复轻轻打磨，以使涂层表面破损的沟壑能够被打磨下的颗粒填平。然后重新测试其超疏水性能、自清洁性能、抗磨损性能，防污性能。其各项性能的测试方法与上述测试1-4相同。
测试结果：经过打磨后的实施例3所得样品的超疏水性能、自清洁性能、抗磨损性能，防污性能等与破坏前相比相差不大。破坏后经打磨恢复后的实施例3涂层样品水接触角可达152.3°，滚动角为3°
可修复性测试2：
测试方法：先对实施例4所得样品进行上述各项性能测试。其水接触角为156.5°，滚动角为1.5°。其自清洁性能、抗磨损性能、防污性能均良好。然后使用不锈钢刀具将实施例4所得样品表面反复进行破坏性刮擦，直到样品的静态水接触角小于150°且其他能等各项性能下降。随后将样品在丙烷喷枪(喷枪规格：高20cm，底部直径6.5cm)火焰下灼烧20s，然后重新测试其超疏水性能、自清洁性能、抗磨损性能，防污性能。其各项性能的测试方法与上述测试1-4相同。
测试结果：经过打磨后的实施例4所得样品的超疏水性能、自清洁性能、抗磨损性能，防污性能等与破坏前相比相差不大。破坏后经丙烷喷枪灼烧方法恢复后的实施例4涂层样品水接触角可达155.2°，滚动角为1.5°。

Claims (5)

1.一种聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层的形成方法，聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层包括聚二甲基硅氧烷层、以及均匀分散在聚二甲基硅氧烷层上的二氧化硅颗粒；所述的二氧化硅纳米颗粒粒径为200～1000nm；其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)制备粒径为200～1000nm的二氧化硅纳米粒子；
2)使用溶剂对上述二氧化硅纳米粒子进行分散处理，形成二氧化硅悬浮液；
3)将二氧化硅悬浮液与聚二甲基硅氧烷混合形成混合液，然后将混合液涂覆于基材上，加热固化；
4)采用灼烧的方法对固化后的涂层进行后处理，涂层表面的羟基在受热后生成水蒸气逸出，涂层表层产生质地均匀的纳米级二氧化硅颗粒，与已制备的大粒径二氧化硅颗粒形成聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层，涂层表面为低表面能粗糙结构。
2.根据权利要求1所述的一种聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层的形成方法，其特征在于：所述的聚二甲基硅氧烷类型为高粘度热固化型。
3.根据权利要求1所述的一种聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层的形成方法，其特征在于：所述的聚二甲基硅氧烷类型为SYLGARD DC184或SYLGARD DC182。
4.根据权利要求1所述的一种聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层的形成方法，其特征在于：步骤2)所述的分散处理是振荡处理加超声处理。
5.根据权利要求1所述的一种聚二甲基硅氧烷-双尺度二氧化硅复合超疏水涂层的形成方法，其特征在于：步骤2)所述的溶剂是四氢呋喃、乙酸乙酯、甲苯、丙酮和氯仿中的一种。
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