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超双疏自清洁涂层

一、项目简介荷叶出淤泥而不染的自清洁性能、蛾翅膀表面的自清洁性能、水黾的腿在水面上自由行走而不下沉、鱼体表面在油污污染的水中保持自身清洁等一系列自然界中的超疏水、超双疏现象引起了许多学者的极大关注。近年来国内外关于超疏水、超双疏的研究都有大量文献报道。然而依照这些方法制备超疏水/超双疏涂层的成本非常高且技术要求严格，进行大规模工业生产几乎在短期内难以实现。2013年美国Ultra-ever Dry公司推出了世界首款，迄今为止也是唯一一家通过简单喷涂即可实现超疏水界面的超疏水的涂层。目前张旭教授课题组已经成功开发了具有世界领先技术的超双疏、自清洁涂层，此种纳米涂层模拟荷叶表面结构，具有超疏水、超疏油自清洁性质，利用简单喷涂可在布料、木材、纸张、金属、建筑等材料表面，快速形成“荷叶效应”界面，并具有耐紫外线和一定的耐磨性质，具有自清洁、防水、防腐蚀、防冻、减阻、油水分离等作用，在建材、化工、石油、国防军事、能源等领域具有广阔的发展空间，是一种极具发展潜力的新材料。例如，直接喷涂在衣物、鞋帽、帐篷表面可实现自清洁、防雨功能，达到免清洗作用，并具有织物原有的透气性；喷涂在高压电网输电支架以及风力发电扇叶上可防止结冰；喷涂木材表面可实现户外的防潮、防霉；喷涂电路板上可实现防水、防潮；喷涂在高层建筑物表面可实现自清洁等等。此外，此种材料的生产无排放、无污染。张旭教授课题组已经实现了小试生产制备，实验室即可制备公斤级产品，取得了目前已知除美国Ultra Ever-dry公司以外全球唯一能够公斤级制备超双疏、自清洁涂层的技术，并在一些方面超过该公司产品，例如已经能够突破超双疏涂层白色限制，得到各种颜色的超双疏涂层；能够对食用油、导热油、甲苯、氯仿等实现超疏油；通过简单调整可实现只超疏水但亲油，喷涂后的织网可对油水两相实现快速、简便的油水分离。该技术已申请四项相关国家发明专利，目前正在积极与相关应用企业合作，推广该产品的市场应用。二、项目技术成熟程度已实现实验室的小试制备（5L反应釜）。三、技术指标（包括鉴定、知识产权专利、获奖等情况）喷涂在材料表面对油（食用油、导热油、甲苯、氯仿等）和水接触角大于150度，滚动角小于10度，耐受温度使用温度范围可以在-34℃~149℃之间，目前已申请四项国家发明专利。四、市场前景（应用领域、市场分析等）此种纳米涂层模拟荷叶表面结构，具有超疏水、超疏油自清洁性质，利用简单喷涂可在布料、木材、纸张、金属、建筑等材料表面，快速形成“荷叶效应”界面，并具有耐紫外线和一定的耐磨性质，具有自清洁、防水、防腐蚀、防冻、减阻、油水分离等作用，在建材、化工、石油、国防军事、能源等领域具有广阔的发展空间，是一种极具发展潜力的新材料。在早期，人们对于如何防水、防油一直以来都是热衷讨论的话题，毕竟没有人会愿意打扫厨房里各种油污，或者自己的手机掉进水里当场报销损失惨重。各色疏水、疏油涂层几乎成为人们生活中不可或缺的化学用品，小到手表、雨伞，大到航海航天，都可以找到疏水、疏油涂层的身影。例如:  能源行业我国南北交界地区冬季长出现冻雨现象，结冰对风力发电扇叶、高压输电线支架产生很大的影响，该涂层的超疏水的微小滚动角可使材料表面无水存留，避免材料表面结冰。此外，自清洁作用在太阳能电池板上的应用也具有广阔的空间。 油水分离我们开发的超双疏涂层之一超疏水亲油涂层喷涂在普通纱网上，普通筛网即可具有油过、水不过的特点。纱网亲油，因此油能轻易通过筛网，而织网表面超疏水、极小滚动角，水在织网表面迅速流走，达到油水分离作用。如果在普通瓶子口蒙上该种纱网可在油水混合液捞取，只有油能进入瓶子中（如图所示）。 军事国防喷涂有超双疏涂层的织物具有自清洁作用，同时涂层渗透到织物中增加了其耐磨性，更为重要的是能够保证织物的透气性，因此可制成作战服、野外帐篷、背包、手套等等户外用品。此外超双疏涂层在防腐、防冻、防潮方面对武器装备无疑具有最强保护作用。 日用品超疏水雨衣、雨伞使使用过的雨具，无水积存，直接收纳放入背包中；喷涂超疏油涂层的抽油烟机可滴油不沾全部回收；喷涂在厕所卫浴上可有效避免尿垢的产生。 建筑物自清洁我们开发的超双疏自清洁涂层具有抗紫外线作用，对户外墙体具有较强的粘附性，同时开发出彩色超双疏自清洁涂层，对高层建筑具有自清洁作用。 防腐、防潮作用我们已经进行了初步的应用尝试，喷涂超双疏涂层的金属在浓酸中具有一定的抗腐蚀作用；由于极小的滚动角，对户外的金属制品具有很强的抗腐蚀作用；喷涂在木材表面可达到防腐、防潮的作用。 船舶行业：如果船体喷涂上超疏水涂层，船只行驶过程中与水的摩擦会大大降低，这样对燃油就会节省很多，海藻之类吸附在船底的现象也会减少很多，对于船舶的护理会减轻很多工作，其实也是减少成本。船舶方面，目前船只有一半以上的驱动能是被船体与水之间的摩擦消耗掉的。如果能通过特殊涂层在船体表面形成空气膜，船与水摩擦而造成能耗则能降低10％，因而可以大量节省燃油。一般船舶航行中受到的阻力有3种,即船体运动引起的兴波阻力、产生旋涡引起的旋涡阻力以及由于水和船体之间接触产生的摩擦阻力.在这3种阻力中,对于油船那样的低速肥大型船舶,摩擦阻力要占全部阻力的80%以上,而对通常的货船约占70%的比例。因此,降低摩擦阻力是一项重要的技术。应用在航海以及航天事业，以减小因为液体产生的阻力，达到节能环保且高效转换动能的效果。 电子元件行业可以应用在真正防水的电子元件上，或者是需要经常接触带腐蚀性液体的工作人员，这款涂层的诞生不得不说是一个福音，例如一些电子原件需要进入到水中、高温中、冰块中、油中等一些特殊环境工作，有了超双疏涂层，就不用担心了，可有效解决问题。在电子元件上覆盖厚度远比人类头发直径小的薄膜涂层后，水无法真正接触到关键电子元件，也就不能对其造成损害。通信设备其它室内室外设备都可以使用，延长寿命，使用功效不会降低，免受雨水的干扰。五、规模与投资需求（资金需求、场地规模、人员等需求）可面谈六、生产设备常规反应釜，无三废排放；喷涂设备七、效益分析目前全球唯一生产厂商美国Ultra-ever Dry推出的超疏水涂层价格为：底层涂层约人民币70万/吨、表层涂层人民币140万/吨。八、合作方式共同开发市场。九、项目具体联系人及联系方式（包括电子邮箱）联系人：张旭博士/教授河北工业大学化工学院高分子科学与工程系天津市红桥区光荣道8 号E-mail：xuzhang@hebut.edu.cnTel：022-60200443

河北工业大学 2021-04-13