疏水/超疏水涂料技术发展状况

疏水涂料指涂膜光滑表面上的静态水接触角大于90°的低表面能涂料,超疏水涂料的水接触角大于150°。疏水涂料的品种可细分为:聚硅氧烷系疏水涂料、氟烷基硅氧烷系疏水涂料、氟聚物系疏水涂料及其他类型,广泛应用于建筑、工程设施、汽车、航空等领域。疏水涂料的涂装工艺可细分为:化学气相沉积法、微相分离法、溶胶-凝胶法、静电纺丝法、蚀刻法等。疏水涂料按其性能可细分为:自清洁疏水涂料、防污疏水涂料、抗结冰疏水涂料、抗菌疏水涂料、防腐蚀疏水涂料等。

图:超疏水涂料的水接触角大于150°

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超疏水涂料制备与应用

美国密西根科研人员采用氟化聚氨酯弹性体和氟硅材料制备得到一种可自愈合、耐用性好的超疏水涂层,在各种破坏条件如用刀刮擦、用火烧烤等涂层依然保持超疏水特性,而且形成的涂层表面相对比较光滑;美国麻省理工学院研究人员以短链的含氟丙烯酸酯单体原料,使用化学沉积方法使天然织物(比如棉织物、丝织物)表面形成一层均匀且薄的超疏水涂层,具有非常优异的斥水和耐洗性能,改性后的布料斥水、不透水,雨天也不湿。普渡大学研究人员用激光在铜板上制造仿荷叶微纳结构,然后以此铜板为模具对PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料成型,使微纳结构转印到PDMS材料上,使PDMS材料获得优异的水性能,可用于制造具有优异斥水性能的微流道。

国内研究者提出将二氧化钛纳米颗粒溶于氟硅烷乙醇溶液中制成一种涂料,通过喷、刷、浸润等方法将涂料附着于基底表面,经过自然烘干10分钟后可在基底表面形成超疏水涂层。该方法能够在多种材料上制备超疏水表面,工艺简单、成本低廉、材料环保,且具备良好的自清洁功能。还有利用改性硅橡胶和聚氨酯树脂为主,添加低表面能无机填料或有机填料制成双组分疏水涂层,发现其减阻可达30%-40%;另外,也有研究利用PDMS与表面张力仅为 10mN/m的全氟硅烷的笼型八聚体(POSS)之间的交联反应制得了超双疏的表面。由于涂层极为优异的对于不同液体的完全不浸润性,使其对于各种强酸和强碱的水溶液的良好耐受性能。总体来说,构建超疏水的涂层表面的方法主要是:加入超强疏水剂,如氟硅类表面活性剂,使涂膜表面具有超低表面能;或者模拟荷叶表面的凹凸微观结构设计涂膜表面,降低与涂膜的接触面积实现超疏水性能。

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疏水/超疏水涂料市场 

据预测,2017-2022年,疏水/超疏水涂料市场每年将以5.5%复合增长率增长,2017年市场规模10022.5吨,2022年将达到13099吨。全球疏水/超疏水涂料市场2020年将达到18亿美元,复合年均增长率为6.4%,其中在防腐领域的市场将达到4.537亿美元, 复合年均增长率6.7%;在抗菌涂料领域的市场将达到3.881亿美元,复合年均增长率7.4%。亚太地区占据市场的最大份额,其次是北美。凭借自清洁性、防污性、抗结冰性、抗菌性及防腐性,疏水/超疏水涂料市场正在稳步增长。技术上的突破使其疏水特性和耐久性得到提升,随着汽车、建筑、船舶、航空航天、医疗和电子等终端用户行业的增长,将进一步刺激市场需求。


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