氟改性有机聚硅氮烷/SiO2复合喷涂涂层的超疏水耐久性与自清洁性能研究

针对超疏水涂层与基材结合脆弱、耐久性差的问题，研究人员通过一步法合成氟改性有机聚硅氮烷(OPSZ-PFOP)，掺杂SiO2微纳米颗粒构建粗糙结构，开发出兼具机械稳定性（400℃高温下WCA达155.1±3.01°）、耐酸碱腐蚀和抗紫外老化（180天后WCA>157°）的喷涂型超疏水涂层，为工业防腐防污应用提供新方案。

　　

在自然界中，荷叶的"出淤泥而不染"特性启发了科学家对超疏水材料的探索。这类表面具有自清洁、防冰防腐等优异性能，但现有技术普遍面临制备复杂、机械强度差、耐久性不足三大瓶颈。尤其当涂层与基材结合力薄弱时，微观粗糙结构易被破坏，导致功能失效。如何通过简易工艺实现高性能超疏水涂层的规模化制备，成为材料领域亟待解决的难题。

针对这一挑战，中国的研究团队创新性地将氟改性有机聚硅氮烷(OPSZ)与SiO₂颗粒结合，开发出新型复合涂层。通过核磁共振(¹H NMR)和X射线光电子能谱(XPS)证实，3-(全氟辛基)丙醇(PFOP)成功接枝到OPSZ分子链上，显著降低表面能。喷涂工艺构建的微纳米级双尺度结构（200目硅藻土DE MPs与SiO₂ NPs协同），使涂层获得157.4±1.4°的水接触角(WCA)和4.7±1.2°的滑动角。该成果发表于《Chinese Journal of Chemical Engineering》，为工业防护涂层提供了新思路。

关键技术包括：1）一步法合成氟改性OPSZ-PFOP；2）喷涂工艺构建微纳米复合结构；3）热重分析(TGA)评估耐热性；4）紫外加速老化测试；5）机械磨损和酸碱腐蚀实验。

【化学结构与表面组成】
¹H NMR显示PFOP的羟基峰(4.03-4.08 ppm)消失，证实其与OPSZ发生缩合反应。XPS检测到F1s特征峰(688.5 eV)，氟含量达40%时涂层性能最优。

【热稳定性】
TGA显示OPSZ-PFOP-40%在400℃质量保留率>90%，790℃仍保持65.3%，远优于普通聚合物。

【耐久性测试】
经砂纸磨损(1 kPa压力下100次循环)、酸碱浸泡( pH1-13 )后，WCA仅下降<5°，而传统涂层通常失效。紫外老化48小时或大气暴露180天后，WCA始终>157°，证明其卓越的环境稳定性。

该研究通过分子设计结合工艺创新，解决了超疏水涂层耐久性与制备成本的矛盾。OPSZ的Si-O键合机制增强了涂层附着力，氟组分与SiO₂的协同作用实现了低表面能与粗糙结构的统一。特别值得注意的是，400℃高温环境下涂层仍保持超疏水性，突破了现有材料的工作温度极限。这种"喷涂即用"的技术路线，为船舶防腐、电力设备防冰等工业场景提供了可规模化应用的解决方案，标志着超疏水材料从实验室走向工程化的重要突破。