超疏水材料的研究进展

超疏水亲油性材料研究的进展　韦映杨娟　向晴罗正龙孙初锋（西北民族大学化工学院，甘肃兰州７３００３０）　摘要：本文主要对近年来国内外超疏水亲油性材料性能的　研究，以及超疏水纳米材料的改进和其应用进行综述；并分析比　较目前各种超疏水性材料的制备方法。　关键词：超疏水表面；研究方向；制备方法；分析　固体物质表面具有浸润性能，这种性能是由物质表面的化　学组成和微观几何结构决定的。目前对固体物质表面具有特　殊浸润性能材料的研究层出不穷，如何调控固体材料表面结构　使其具有特殊浸润性，特别是使材料具有超疏水性能的研究备　受科学家们关注。所谓超疏水性是指物质表面与水的接触角　大于１５０。，而与油类液体接触角非常小。可是因为油状液体拥　有很低的表面张力，超疏水性材料的表面对于油状物的低表面　很难保持较高的疏水性，故很难达到要求的效果。由于这一特　性致使超疏水材料在应用中受到很大的阻碍，故对超疏水性表　面的研究已经成为相关领域关注的热点…。　目前关于疏水表面的研究方向以下四种：一是利用无机物　或者在其他物质表面制备出具有超疏水性能表面物质。如利　用特殊的改性技术改性织物或固体表面，制备出疏水性物质；　二是研究利用自然界中具有超疏水表面的植物和动物，利用其　天然进化而成的超疏水表面结构开发具有超疏水性的新型材　料。如高雪峰　等人对包括荷叶、蝉翼、水稻叶、水黾腿的研究，　成功制得了超疏水性能材料，该材料具有较高的自清洁表面能　力，拥有滚动各向异性表面、高黏附性超疏水表面等特殊性能；　三是利用高分子材料制备出具有超疏水性的材料表面，如陈兴　隆　。等人利用表面亲油纳米二氧化硅改变岩石表面润湿性的研　究。四是相关方面的理论研究，主要是利用构建模型等手段，来　研究探讨表面结构状况和接触角或者滚动角之间的关系。　１．制备方法　超疏水亲油表面是一种特殊的固体，这种现象也比较特　殊。理论上有以下两种制备途径：一种是利用化学手段，在粗　糙的物质的表面进行相关修饰，用以改变物质的疏水性能，达　到使物质表面具有超疏水性的目的；另一种是在疏水表面构建　粗糙结构。目前有较多成熟的制备超疏水技术，如超疏水仿生　材料法、化学物质修饰法、液相法等，在此对这几种的方法加以　简单的评述。　１．１超疏水仿生材料　该方法是利用自然界中具有超疏水表面的植物或动物得出　灵感而制备出超疏水性表面膜，最成功的是根据荷叶的天然自　洁能力得出的灵感，Ｊｉａｎｇ　等人利用聚苯乙烯为原料，再添加一　定量的溶剂之后，制备出与荷叶具有相似功能的疏水性材料。　科学家还通过对蝉、水黾、水稻叶子等天然对疏水动植物进行研　究，期望通过探索天然超疏水生物表面的奥秘用以制备出人工仿　生的超疏水表面，该方法需要对生物进行透彻研究，需要了解物　质的物理结构，化学结构，将宏观物质微观化，且建立明确的体系　与数学模型，故给该方面的研究增加很大难度，但是由于前面研　究的发现，该方法又具有很大的研究价值和意义。　１＿２化学物质修饰法　该方法是利用低表面能物质（如十二烷基硫醇、全硅氟烷）　等物质对固体表面进行修饰，使其具有超疏水性能。如张亚南　等人利用简单的热解法，制备出具有纳米结构的大面积碳膜，　然后再在膜表面利用氟硅烷进行表面修饰，制备出了大面积的　超疏水纳米材料。这种化学修饰法操作简单可行，反应条件要　求不高，设备简单常见，而且制备出的材料可以重复使用，成本　较低，故易于投入规模生产，有利于工业化。　１．３液相法　该法是利用溶液胶一凝胶法制备薄膜时，利用热处理、沸水　处理、脂肪酸修饰等方法制备出具有超疏水性能的薄膜。该方　法不仅能够使物质表面具有超疏水性，而且在一定条件下，如　在真空紫外光照和暗室保存的循环作用下，可以使物质表面在　超疏水　超亲水性能间的相互逆转变等效果。该方法不仅能改　变膜的疏水性能，而且能通过利用不同的反应条件，能对纳米　膜表面的形貌、轴方向、结构进行不一样的改性，这种方法有望　在微流体器件上进行广泛的应用。　２．结语　随着科技的发展，超疏水材料在各个领域具有广泛的影　响，逐渐深入人们的生活。然而，这些材料目前还面临着很多　困难，如技术复杂、生产成本过高等缺陷，使得技术难以投入生　产，无法达到规模化。因此对超疏水亲油等新型材料进行更进　一步深化研究改良也就具有十分重要的现实意义。　参考文献：　［１］卢晟，李梅．超疏油表面研究进展Ⅲ．上海：材料导报，　２０１３，２７（６）：１３．　［２］高雪峰　江雷．大面积超疏水性纳米结构碳膜的制备与　表征『Ｊ］．物理　２００６，３５（７）：５５９－５６４．　［３］陈兴隆，秦积舜，李治平．表面亲油纳米二氧化硅改变岩　石表面润湿性的研究［Ｊ】．油田化学，２００５，２２（４）．　冯琳．超疏水天然材料【Ｄ］．北京：中国科学院物理研究所．　２００５．　［４］Ｎａｋａｊｉｍａ　Ａ．，Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ　Ａ．，Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ　Ｋ．，ｅｔ　ａ１．．Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．　Ⅲ，１９９９，ｌ　１：１３６５—１３６８．　［５］张亚南，夏帆，王女，等．大面积超疏水性纳米结构碳膜　的制备与表征　．高等学校化学学报，２００７，２８：５６８—５７０．　项目来源：国家级大学生创新创业计划项目，项目编号：　２０１４１０７４２０Ｏ１。　作者简介：韦映（１９９２一），女，现就读于西北民族大学化工学院。　２０１５：Ｉ￣１Ｅ２月化善　珲Ｉ　

技术进展　哺　ｌ荫斟，２０１５，２９（３）：２５６　２５９　

ＳＩＬ１ＣＯＮＥ　ＭＡＴＥＲＩＡＬ　

超疏水自洁涂料研究进展　

贺承相，李　建，陈修宁，黄志齐　

（昆山市板明电子科技有限公司，江苏昆山２１５３００）　

摘要：介绍了超疏水表面的定义和自洁的工作原理，总结了超疏水表面的制备方法，重点讨论了超疏　水自洁涂料的耐久性问题，并指出超疏水自洁涂料未来的研究方向。　关键词：超疏水，表面，自洁，涂料，硅烷，低表面能　

中图分类号：ＴＱ２６４．１　５　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．１１９４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－４３６９．２０１５．０３．０１６　

表面浸润性是固体表面的一项重要特征，通　

常以接触角来表征液体对固体的浸润程度。一般　

来说，固体表面与水的接触角大于９０。时称为疏　

水表面，大于１５０。时称为超疏水表面；小于９０。　

时称为亲水表面，小于５。时称为超亲水表面。　

自洁涂料通过改变玻璃、陶瓷、金属或塑料　

等基材的表面性能，防止在其表面附着小水滴，　

从而达到自洁效果。根据作用原理，自洁涂料可　

分为两类：一类是建立超疏水表面，使水滴滚动　

滑落把污染物冲走以达到自洁效果；另一种是建　

立超亲水表面，当水滴接触到涂膜表面时会迅速　

铺展形成均匀的水膜，在重力作用下流走，这样　

就能有效带走污渍，从而保持表面清洁。　

自洁涂料的研究长期以来受到国内外涂料行　

业的关注。本文对近年来超疏水自洁涂料的研究　

进展进行了总结，并指出未来的发展方向。　

１　超疏水表面产生的机理　

科学家在对各种动植物表面进行研究后发　

现，自然界存在各种超疏水表面，最典型的是荷　

叶表面，具有自洁功能，可以“出淤泥而不　

染”。德国植物学教授Ｗ．Ｂａｒｔｈｌｏｔｔ等人在对荷　

叶表面进行研究后发现，荷叶表面存在蜡晶和无　

数的微米尺寸的乳突，他们认为荷叶的自清洁特　

征是由粗糙表面上微米结构的乳突和蜡晶共同引　

起的，并首次提出了“荷叶效应”的概念¨　。　

江雷在Ｗ．Ｂａｒｔｈｌｏｔｔ等人研究的基础上发现，在　

化学工程师

Chemical Engineer2019年第3期

Sum 282 No. 3

DOi：10.16247/ki.23-l 17 l/tq.20190341

超疏水涂层防垢防污性能研究进展*

李洪伟，汪怀远

(东北石油大学 化学化工学院，黑龙江 大庆163318)

摘 要:超疏水防垢涂层因其优异的防污染、防垢等性能，具有应用于管道、换热器、船体外壳、海底隧道

防护等方面巨大的前景。尤其是这种涂层可对石油、化学工业的废水和海洋生物产生的污垢有着良好的防护

效果。本文综述了近些年来超疏水防污防垢涂层的制备、结构与性能，并阐述其存在问题及其发展趋势。

关键词:超疏水涂层;防垢;防污;制备

中图分类号:TB34 文献标识码:A

Research progress on anti-fouling and anti-scaling properties of super-hydrophobic coating*

LI Hong-wei, WANG Huai-yuan

(College of Chemistry & Chemical Engineering, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China)

Abstract:

For its excellent anti -fouling and anti-scaling properties, super-hydrophobic anti-scaling coating

has promising prospect in the protection of pipelines, heat exchangers, ship hulls, submarine tunnels, etc., especial­

ly for defending the wastewater from petroleum or chemical industry- and the fouling of marine organisms. This pa­

超疏水材料制备及其在油水分离中的应用研究进展

摘要 随着世界机械化以及工业化的发展，全球的水资源污染逐渐严重，人民群众对于水资源的供应以及淡水资源的处理越发关注，且为水资源处理技术的发展做出了较大贡献。作为水资源净化技术的重要组成部分，油水分离净化技术水平不仅关系着淡水资源的提供质量，而且对于人民群众的身体健康也具有重要影响。基于此，本文将超疏水材料制备及其在油水分离中的应用作为主要研究内容，通过对超疏水材料进行简单阐述，进而对超疏水材料的应用以及其在油水分离中的应用进行详细的研究与分析。本文旨在为超疏水材料在油水分离中的应用研究提供几点参考性建议，并为水资源的净化处理技术发展提供积极的推动作用。

关键词 超疏水材料制备；油水分离；应用研究

前言

由于工业化的发展导致海洋中的水资源污染情况越加恶劣，有大量的油产品以及机溶剂污染流入海洋中，对海洋中的水资源产生了严重破坏，进而为水资源净化技术提出了更高的要求，对人类生存与发展也产生了威胁。基于此种宏观环境，本文对超疏水材料在油水分离中的应用进行详细的研究与分析。

1 超疏水材料概述

超疏水材料主要是利用其中较为独特的化学结构以及其本身的润湿性能来作为水资源净化技术中的一种使用材料。由于该种材料在材质表面上具有润湿性的特殊原理，并能够作为超疏水材料而应用至油水分离的水资源净化中，其还具有两方面的特征。第一方面，表面为微纳米结构。第二方面，表面具有低表面能的特色。同时，在该种材料的制备过程中还具有成本较低以及制备材料环保的优势。因此，在油水分离的水资源净化中被广泛使用。但在超疏水材料的具体制备中还有耗时周期长的缺点，而该种缺点与实际制备中的优势相比并不对超疏水材料的实际应用构成威胁[1]。

2 超疏水材料的应用

由于超疏水材料在近几年的广泛使用中其本身的特殊性能受到各领域研究人员的关注，进而推动着超疏水材料在多个研究领域以及生活领域被应用。本文将超疏水材料的应用特性总结为以下五个方面。第一方面，自清洁的特性应用。由于超疏水材料本身具有良好的润湿性，在其进行使用的过程中能够对自身的灰尘与脏污进行自行清理。在具体的应用中，将超疏水材料的特性应用在城市高楼的建设中，利用超疏水材料的自清洁特性减少建筑玻璃清洁的次數，降低楼房玻璃清洁的成本，并在一定程度上节约水资源[2]。第二方面，抗冰雪的特性应用。由于在冰天雪地的寒冷地区，电线、航行等方面均会有风雪粘粘，进而导致电力能源的传输问题，并对正常的航行产生困扰。而应用超疏水材料的抗冰雪特性将