2結果與討論

2.1傅立葉紅外光譜表征

FPU的FT-IR分析結果如圖1所示。

圖1 FPU紅外特征圖譜

2.2 FPU薄膜的性能及熱性能

FPU薄膜的性能和熱分解溫度如表1所示。

表1 FPU薄膜的性能與熱分解溫度

由表1可見，含氟聚氨酯固化膜和玻璃基材之間的附著力達到0級，鉛筆硬度大於2H。FPU薄膜與水的靜態接觸角為106.4°，遠高於不含氟的聚氨酯膜。本研究的FPU薄膜在浸泡24 h後吸水率趨於平衡，泡水200 h後吸水率不高於1.79%，遠低於一般的聚氨酯的5%吸水率。歸因於C—F鏈段具有很低的表麵張力，會自發地向表麵遷移並富集，降低了表麵張力，提高了材料的憎水性。除此之外，從表1中還可知FPU的T10和T50分別為237.8和329.2℃。與一般聚氨酯材料相比，FPU的熱穩定性沒有很大程度的提升。

2.3超疏塗層的表麵形貌分析

眾所周知，表麵微結構形貌在增強表麵超疏性能方麵起著重要作用。圖2是超疏塗層的SEM圖像，圖3是超疏塗層的AFM圖像。

圖2超疏塗層的SEM圖像

圖2a中能夠清楚地觀察到表麵有1～2μm的凸起和200～300 nm的孔隙。圖2b是局部放大圖，明顯看出在塗層表麵具有納米級的凹凸結構，且塗層表麵分布有大量不均勻的粗糙孔結構。許多小孔分布在這些凸起之間，小凸起與小孔共同形成珊瑚狀結構，導致更多的空氣被捕獲到這些孔隙中。

圖3超疏塗層的AFM圖像

圖3a能夠看出，塗層表麵有560 nm左右的大的凸起和590 nm左右的凹陷，粗糙表麵呈現出許多微尺度起伏，並且在圖3b中的局部放大部分顯示在大凸起上有許多很細小的納米凸起結構，這些大的凸起是由直徑1.3μm和約300 nm的SiO2共同構成，細小的凸起是直徑60 nm的SiO2堆疊而成。這種微納米凹凸結構對材料超疏性能做出貢獻。XPS測試得知表麵氟質量分數為23.54%，高於理論19.8%的氟含量。說明FPU中的CF2和CF3基團已經遷移到薄膜表麵並在表麵富集。綜上所述，超疏塗層不僅具有優異的表麵微結構還具有極低的表麵張力。

2.4超疏塗層的表麵性能

為了檢測塗層的表麵性能，分別測試了5種液體在其表麵的靜態接觸角和滾動角，結果見表2。

表2不同表麵張力液體在超疏塗層上的接觸角和滾動角

由表2可見，超疏塗層對於表麵張力在48.4～72.4 mN/m的液體具有超疏能力。分析其原因，一方麵是由於FPU中含有大量低表麵能的C—F鍵，在形成納米複合材料膜期間，含氟鏈段優先遷移到薄膜表麵，從而使其表麵張力降低;另一方麵在於使用低固含量的FPU溶液塗覆，最大程度保留了玻璃片表麵微納米結構的凹凸結構特征。

2.5超疏塗層的化學穩定性

在實際應用中，超疏塗層將會不可避免地麵臨嚴苛環境的考驗，為此模擬測試了超疏塗層在不同溶液和溶劑中的化學穩定性，結果如圖4所示。

圖4超疏塗層在不同溶液中水的接觸角和滾動角

由圖4可知，超疏塗層在無水乙醇和二氯甲烷中浸泡168 h後仍然保持超疏水性能;在pH=1的酸性溶液和質量分數3.5%的NaCl溶液中浸泡120 h後與水仍然保持超疏性能。但在pH=14的堿性溶液中浸泡48 h後接觸角低於150°且已無法滾動。這說明塗層具有較好的耐酸、耐鹽水和耐溶劑性能，但是耐堿性欠佳。

2.6超疏塗層的耐磨性能

圖5為超疏塗層在經過19次磨損的每次磨損周期後對水的接觸角和滾動角變化情況。

圖5塗層在19次磨損周期對水接觸角和滾動角變化

由圖5可見，超疏塗層在經曆了19個回合後表麵出現破損，但是塗層與水的靜態接觸角大於150°且滾動角小於10°，表明依舊具有超疏水性能。由此可見，雖然FPU薄膜隻有2～3μm左右的厚度，但是仍然極大地提高了塗層的機械穩定性。原因在於表麵塗覆的FPU薄膜是特殊的軟硬兩相結構，同時氫鍵化程度高，最大限度地吸收來自外部摩擦的衝擊能，因而具有優良的耐磨性。

3結論

(1)FPU薄膜具有較好的硬度、基材附著力、熱穩定性和憎水性；通過SEM和AFM圖片證實了超疏水塗層具有良好的微納米凹凸結構;通過XPS測試可知塗層表麵具有極低的表麵張力。

(2)超疏水塗層對於表麵張力在48.4～72.4 mN/m的液體具有超疏能力;具有優良的耐磨性以及較好的耐酸、耐鹽水和耐溶劑性能，但耐堿性欠佳。