Page 85 - 《精细化工》2021年第5期

第 5 期 李回归，等: 炭黑/PDMS 光热超疏水涂层的制备及防冰除冰性能 ·939·

热涂层的平衡温度可达 75.3 ℃，说明自清洁性能对 以上保持超疏水性能。这表明涂层有着优异的耐酸
维持高效光热转换性能的重要性。 碱盐稳定性。主要是因为含氟化合物具有优异的化
2.6 耐磨性能 学稳定性 [23] ，以及超疏水表面有着独特的微纳粗糙
将样品负重 100 g 并在砂纸（800 目）上进行移 结构，当水滴接触时会形成气垫结构，阻止了酸、
动以测试涂层的耐机械摩擦稳定性。涂层表面水滴 碱和盐的浸入 [24] ，使得涂层仍然保持优异的超疏水
的接触角和滚动角与摩擦次数之间关系见图 8。可 性能。
以看出，未经摩擦的涂层接触角为 1612，随着摩 2.8 耐紫外灯照射稳定性
擦循环次数的增加，涂层的水滴接触角稍有减小， 图 10 为超疏水涂层表面水滴的接触角和滚动
滚动角稍有增加，但仍然保持超疏水性能。这表明 角随紫外灯照射时间的变化图。从图 10 可以看出，
涂层有着良好的牢度。 随着照射时间的延长，涂层表面水滴的接触角稍有
降低，滚动角稍有增加。可能是因为长时间的紫外
照射，导致涂层表面的部分低表面能物质分解 [25] 。但
涂层依然表现出超疏水性能，这表明涂层在 72 h 照
射时间内有着较好的抗紫外线性能。

图 8 超疏水涂层 CA 及 SA 随摩擦次数的变化情况
Fig. 8 CA and SA change of the superhydrophobic coating
with friction cycles

2.7 耐化学试剂稳定性

考虑到实际的户外应用可能会遇到酸雨、碱液 图 10 超疏水涂层的 CA 和 SA 随紫外灯照射时间的变化
等复杂环境的影响，会导致疏水性物质得到分解， Fig. 10 Change of CA and SA of the superhydrophobic
coating with ultraviolet lamp irradiation time
从而使涂层的疏水性能下降。因此，对超疏水涂层
的耐化学试剂稳定性进行了考察。将超疏水涂层浸
入不同 pH（1、3、5、7、9、11、13）的水溶液中 3 结论
浸泡 72 h 后取出。然后用大量的去离子水冲洗掉残
留的液体，于 60 ℃下烘干，测量其表面水滴的接触 （1）通过简单可大规模生产的喷涂方法制备出
角，结果如图 9 所示。 具有优异光热转换性能的超疏水涂层，当炭黑纳米粒
子与 PDMS 的质量比为 2∶1 时涂层具有最优的超
疏水性能。其表面水滴的接触角可达 161，滚动角
为 1.4。其表面温度在一个太阳光照强度下快速升高。
（2）所制备的光热超疏水涂层具有优异的防冰
除冰性能。在温度为–20 ℃，相对湿度为 35%5%
的环境下涂层表面水滴的结冰时间得到延长，冰的
黏附强度得到下降。同时由于炭黑的光热效应，在
太阳光照射下涂层表面的冰快速融化，并及时滚走，
展现出自除冰性能。此外，涂层适用于多种基材的
防冰除冰。

图 9 超疏水涂层经不同 pH 溶液浸泡 72 h 后的 CA （3）超疏水自清洁性能可防止涂层被污染，保
Fig. 9 CA of the superhydrophobic coating after soaking 障涂层在户外应用时光热转换性能不被影响，从而
in different pH solutions for 72 h
有利于长期高效的光热除冰。此外，涂层具有优异
从图 9 可以看出，经过不同 pH 溶液浸泡之后涂 的牢度和耐酸、碱、盐腐蚀和紫外照射稳定性，能
层表面水滴的接触角没有太大的变化，仍然在 150° 够应用于复杂的户外场景。