透明柔性超疏水PDMS-EP/SiO2涂层的合成及其机械化学耐久性研究

针对超疏水(SHP)涂层机械化学耐久性不足的难题，研究人员通过羟基封端聚二甲基硅氧烷(HO-PDMS)改性环氧树脂(EP)并复合纳米二氧化硅(SiO2)，开发出兼具透明性(透光率80.7%)、柔性(弯曲扭转测试验证)和超疏水性(接触角155.5°±2.8°)的PDMS-EP/SiO2涂层。该涂层经600cm砂纸磨损和强酸碱浸泡后仍保持性能，为自清洁玻璃幕墙、柔性电子器件等应用提供了环保解决方案。

　　

在当今材料科学领域，超疏水(SHP)涂层因其独特的防水、自清洁特性，被广泛应用于建筑幕墙、汽车挡风玻璃和可穿戴设备等领域。然而，现有技术面临三大瓶颈：表面粗糙度与透明性的矛盾、弹性材料耐磨性差、含氟化合物的环境危害。这些问题严重制约了SHP涂层在柔性电子、智能纺织品等新兴领域的应用。

为解决这些挑战，广东工业大学的研究团队在《Applied Surface Science》发表了一项创新研究。他们采用化学改性法将羟基封端聚二甲基硅氧烷(HO-PDMS)接枝到环氧树脂(EP)上，再通过喷涂技术复合疏水性纳米二氧化硅(SiO₂)，成功制备出无氟的PDMS-EP/SiO₂涂层。该研究的关键技术包括：1) HO-PDMS与EP的化学接枝改性；2) 纳米SiO₂填充优化(0.2g最佳负载量)；3) 通过接触角测量仪、砂纸磨损测试(600cm)、酸碱浸泡实验(24h)等系统评估性能。

材料与试剂
研究选用工业级EP树脂和Mn≈500的HO-PDMS为主要原料，配合KH550硅烷偶联剂和7-40nm疏水纳米SiO₂，通过DBTL催化实现化学改性。

SHP涂层的合成与表征
反应机理显示，EP的接触角从67.2°±2.5°提升至112.0°±1.6°，证实PDMS成功降低了表面能。添加0.2g纳米SiO₂后，涂层达到超疏水状态(WCA 155.5°±2.8°，SA<1°)。透射电镜显示SiO₂均匀分散，这是保持80.7%透光率的关键。

机械与化学耐久性
经过600cm砂纸磨损后，涂层仍保持超疏水性，归因于PDMS-EP的强韧性和SiO₂的锚定效应。在pH1-13的酸碱溶液中浸泡24小时后，WCA仅下降3.2°，显著优于传统氟基涂层。

透明性与柔性
弯曲-扭转测试表明，改性后的EP断裂伸长率提升300%，可承受500次弯曲循环。紫外-可见光谱显示，涂层在可见光区的平均透光率达80.7%，满足光学器件要求。

自清洁性能
涂层能有效弹开水滴(滚动角<1°)，并携带粉尘颗粒脱离表面。对咖啡、酱油等常见污染物的接触角均>150°，展现广谱抗污染能力。

这项研究通过分子设计实现了多重突破：1) 首次将PDMS的柔性与EP的强度完美结合；2) 创制出同时满足透明、柔性、超疏水三大特性的无氟涂层；3) 机械耐久性(600cm磨损)和化学稳定性(pH1-13)指标达到工业应用标准。该成果为开发环保型自清洁材料提供了新范式，特别适用于需要光学透明性的柔性电子设备保护涂层。国家自然科学基金(52175168)和广东省基础与应用基础研究基金(2023A1515240006)的支持，体现了该研究的战略价值。