在自然界中存在着各种超疏水表面，例如植物叶子、昆虫翅膀和腿等，经过分析都归因于粗糙的表面结构(微/纳米级分层结构)和低表面能物质的组合。纯粹的无机粒子微纳米粗糙结构在受到外界机械摩擦时存在容易被磨耗损坏的缺陷。因此，具有优秀耐磨性的聚氨酯材料与微纳米结构相结合制备的超疏水涂层受到了重视。Li等通过将聚氨酯溶液和十六烷基三甲氧基硅烷改性的SiO2悬浮液依次喷涂在载玻片上制备了耐磨性优异的超疏水表面。Huang等用自制具有低表面能的SiO2纳米颗粒与甲基硅树脂相互掺杂，得到了具有优良附着力及较好机械耐磨性的超疏水涂层。

本研究采用自制的含氟聚氨酯(FPU)薄涂在微纳米SiO2/环氧树脂基板表面制得超疏涂层，并对超疏涂层的耐化学性能和耐摩擦性能等进行了研究。

1实验部分

1.1主要原料及预处理

异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，国药集团化学试剂有限公司;全氟己基乙基醇(TEOH-6)，辽宁恒通阜新氟化学有限公司;三羟甲基丙烷(TMP)，上海凌峰化学试剂有限公司;聚四氢呋喃二醇(PTMG-1000)、1，4-丁二醇(BDO)、丙二醇甲醚、乙酸丁酯，上海麦克林生化科技有限公司。以上均为分析纯。除IPDI以外其他原料在使用前需进行脱水处理。

二氧化硅SD-520L，平均粒径1.3μm，北京航天赛德科技有限公司;二氧化硅(白炭黑)，平均粒径300 nm，通化双龙集团化工有限公司;二氧化硅M-5，平均团聚粒径60 nm，卡博特化工有限公司;环氧树脂E44，山东优索化工科技有限公司;聚酰胺类环氧树脂固化剂651，中国林业科学研究院林产化学工业研究所提供。

1.2含氟聚氨酯的合成与超疏涂层的制备

将PTMG-1000(7.0 g，7 mmol)和TMP(0.94 g，7 mmol)加入到充满氮气、带有机械搅拌装置的三口烧瓶中。滴加IPDI(9.33 g，42 mmol)，85℃反应2 h，反应过程中加入乙酸丁酯调节体系黏度。降温至75℃滴加BDO(1.26 g，14 mmol)，反应2 h。最后滴加TEOH-6(7.71 g，21 mmol)，反应2.5 h。加入丙二醇甲醚得到固含量为40%、固体分中氟质量分数为19.8%的FPU乙酸丁酯溶液。

涂覆前，玻璃板(25.4 mm×76.2 mm)放入丙酮中超声清洗，后用乙醇和蒸馏水冲洗，干燥备用。

将1.80 g二氧化硅SD-520L和1.48 g E44加入到30 g无水乙醇/乙酸乙酯/乙二醇丁醚(5∶3∶2，质量比，下同)混合溶剂中，在室温条件下搅拌超声分散各30 min，然后加入0.92 g环氧树脂固化剂聚酰胺651，继续搅拌10 min，得到A悬浮液。在玻璃板上滴涂薄涂A悬浮液，表干后110℃固化30 min。共薄涂3层，制得基板A。

将0.68 g白炭黑、0.23 g二氧化硅M-5和0.83 g E44加入到30 g无水乙醇/乙酸乙酯/乙二醇丁醚(5∶3∶2)混合溶剂中，室温下搅拌30 min，超声分散30 min，然后加入0.52 g聚酰胺651，继续搅拌10 min，得到B悬浮液。在基板A上滴涂B悬浮液，表干后110℃固化30 min。共滴涂薄涂3层，制得微纳米SiO2/环氧树脂复合基板。

取适量FPU溶液用乙酸丁酯/丙二醇甲醚(1∶1)混合溶剂稀释，得到FPU质量分数7.5%的稀溶液并将其涂覆在微纳米基板上，表干之后放入70℃烘箱中烘4 h得到超疏水涂层样片。

1.3分析与测试

采用傅立叶红外光谱仪进行红外光谱(FI-IR)分析;采用热重分析仪进行热失重分析，N2气氛，加热速率10 K/min，测试范围25～550℃;采用草莓视频性福宝进行水接触角分析;采用场发射扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对超疏涂层的表面形貌进行分析;采用ESCALAB型X射线光电子能谱分析仪(XPS)对超疏涂层表面成分进行分析;铅笔硬度按照GB/T 9286—1998标准测试;附着力按照GB/T 6739—1996标准测试。

FPU薄膜的制备:将FPU溶液涂在玻璃板上，在室温下表干后放入温度75℃烘箱中烘3 h，用于测试铅笔硬度、水接触角和附着力;将FPU溶液倒入特氟隆板上，室温表干后放入温度75℃真空烘箱烘10 h，用于测试吸水率和热稳定性。

吸水率测试:将FPU薄膜切成20 mm×10 mm×1 mm的形状，用万分之一天平称重得到W0。将样品浸入去离子水容器中，每隔12 h取出用滤纸将表面的水擦拭干净，立即用万分之一天平称重得到W1。通过公式[(W1-W0)/W0]×100%计算吸水率。

化学稳定性测试:将试样玻片分别浸入pH=1的酸性溶液、pH=14的碱性溶液、3.5%NaCl溶液、无水乙醇和二氯甲烷中。每24 h取出清洗、干燥，测试并记录与水的接触角和滚动角变化情况。

机械稳定性测试:将超疏涂层样片放置于360目砂纸上并在100 g的砝码负重的条件下，将超疏涂层样片纵向和横向分别移动10 cm，该过程定义为1个回合。每个回合后，测量并记录表面与水的静态接触角和滚动角。