项目简介： 在零部件表面通过脉冲电流作用原位生成氧化陶瓷层， 再制备成自润滑减摩复合层，有极高硬度，耐高温，超高好滑动摩擦（极低摩擦系数）、超耐腐蚀等性能，用于各行

本发明公开了一种超疏水涂料的制备方法及其所得涂料和制备高透明超疏水涂层的应用，所述超疏水涂料的制备方法包括如下步骤：向容器中一次性加入一定体积的溶剂，共溶剂，催化剂，然后以一定转速搅拌一段时间，再向其中先后加入一定体积的硅酸酯和含氟硅氧烷，在室温的条件下，继续反应一定时间，即得所述涂料。本发明所制备的超疏水涂料可以通过喷涂、蘸涂、浸涂等方法，用于玻璃，纸片，钢铁等不同的基底上，所制备的涂层在可见光的范围内，透过率达到92％以上。与现有技术相比，不仅所制备的涂层制备方法简单，成本低廉，有利于大规模工业化生产，所制备的涂层具有多种用途，如车窗玻璃，摩天大楼光幕，手机和电脑屏幕等，有很大的商业价值。

本项目所研究的电控调光膜材料即为聚合物分散液晶（Polymer dispersed liquid crystal，简称PDLC）薄膜材料，其主要应用领域为电控智能玻璃、大面积柔性液晶显示等。PDLC薄膜材料是将向列相液晶微滴均匀分散在高分子网络中而形成的复合材料，当未对PDLC薄膜施加电场时，在高分子网络的作用下液晶分子的指向矢呈无规分布，薄膜呈强烈光散射状态；当对PDLC薄膜施加电场时，液晶分子的长轴平行于电场排列（通常PDLC中所使用的液晶的各向介电常数为正），薄膜呈透明状态。 目前，国外的PDLC薄膜生产厂家均采用热固化法制备PDLC薄膜，而课题组所采用的为紫外光固化法，是世界上首家可以使用紫外固化法制备PDLC薄膜的科研单位，紫外光固化法相对于热固化法，其固化速度快、节能环保、成品率高。并且所制备的PDLC薄膜电-光性能优异，综合电-光性能优于其它国外PDLC薄膜生产厂家所生产的PDLC薄膜。

该技术通过分子设计和环境友好的水解反应，利用顶角-戴帽法和官能团剪裁等手段制备带有多种可反应性基团的中空笼型纳米材料。材料具有质轻、透气、超低介电常数、耐热、易加工、可溶解性、生物相容性等特性，体现了不同于传统纳米材料的优点，与聚合物有非常好的相容性和分散性。这类有机－无机杂化材料实现了将有机材料的耐热性能和高强度与有机高分子材料的加工工艺简单完美结合的目的。 笼型倍半硅氧烷与高分子聚合物的相容性良好，基本可以达到分子级均匀分散，这是普通无机填料无法达到的，得益于笼型倍半硅氧烷分子具有有机部分，既使在惰性基团取代笼型倍半硅氧烷中也可以与有机基体实现良好的相容行为。同时，材料的耐热性能指标（如玻璃化转变温度，5%质量损失热降解温度）均有大幅度提高，这是因为笼型倍半硅氧烷的Si－O骨架部分提供了优异的抵抗热冲击性能，此外，还可以利用多官能化笼型倍半硅氧烷进行交联反应实现三维交联结构，以进一步提高耐温性能。另外，笼型倍半硅氧烷可以作为各种催化剂和其他功能性材料的载体，在拓宽这些功能材料使用温度的同时提高其某些性能，如提高电致发光材料的发光效率和发光纯度，提高催化剂的催化效率和选择性。 可以预见，随着各个交叉学科领域的不断扩展，笼型倍半硅氧烷作为典型的有机-无机杂化材料的优异性能将会引起人们越来越浓厚的研究兴趣。 粒子尺寸：1.5～3nm；溶解性：根据官能团不同，可溶解于有机溶剂或水；颜色：白色；耐热性：热分解温度在250℃以上。可用于耐高温材料、航空航天材料、复合材料、超低介电材料、塑料及纤维改性、功能高分子材料、特种涂料、生物材料等制备。在高附加值材料领域，应用前景广阔。项目投资300～400万。

一、概述 （一）腐蚀  腐蚀是船舶和其它海洋服役装备全寿命周期内存在的共性问题；  引起船舶和海洋装备不可用天数增加，产生巨额维修费用；  增加发生重大事故的概率。 （二）污损 已探明的海洋生物20余万种，其中约有4000-5000种生物能造成污损； 船舶、码头、浮标、水管、石油平台、养殖设施易受海洋生物附着污损； 污损增加船底粗糙度、降低航速、增加燃料消耗（水线以下船壳污损5%，燃料将增耗10%；污损大于50%，燃料将增耗40%以上）； 产生巨额的清污与防污费用。 （三）国内外现状 1、表面腐蚀防护技术 防腐涂料：常用防腐技术，期效一般为1-5年； 热喷涂：可用于舱内防腐，但不适用于与海水接触区域； 激光熔覆：熔覆层与基体冶金结合、晶粒细小、孔隙率极低，其综合性能显著高于热喷涂涂层。 2、海洋污损防护技术 含氧化亚铜的自抛光涂料是当今主导产品，我国远洋船舶防污涂料的市场一直被国外公司垄断； 常用防污涂料的期效一般为2-5年； 国际公约要求，2008 年全面禁止生产和使用含三丁基锡 TBT 防污涂料，2009 年全部停止溶 剂法氯化橡胶生产线，2010 年全面禁止使用含 DDT船底防污涂料，把含氧化亚铜防污涂料列 入“高污染、高环境风险”名单，氧化亚铜防污技术是过渡性措施。 3、高耐蚀合金现状 Ni-Cr-Mo系镍基合金耐海水腐蚀性能优异，但该类合金产品制造工艺复杂、 价格昂贵，主要依赖进口； 现有镍基合金的成分是综合考虑强度、耐蚀、加工及焊接性能而设计的，而激光熔覆层的核心功能为防腐，需要重新设计其成分。 4、高速激光熔覆技术 2017年10月，德国弗劳恩霍夫激光技术研究所研发了高速激光熔覆技术，其优点为： 激光束功率密度高，1000~5000W/mm2； 熔覆速度高，10~350cm/s，使热影响区、稀释率、工件变形等参数得到更好的控制； 吸收比高，粉末到达熔池之前吸收激光能量，适合在高反射率基体上制备熔覆层。 二、课题组开发的相关技术  研发了系列专用于激光熔覆的高性能耐蚀粉末材料和制备高耐蚀熔覆层的高速激光熔覆系统，高性能熔覆层耐蚀寿命≥50年，该项技术的成熟度达到8级，具备批量生产条件；  研发了系列环保性好（不含氧化亚铜、敌草隆、二甲苯、石油脑等成分）、防污期效长的新型防污材料和防污层制备工艺，防污层与基体冶金结合，防污期效可达10年以上（已经进行了3年的实海试验）。 三、应用领域 （一）船舶与海洋装备的腐蚀防护 根据模拟海水腐蚀实验结果，熔覆层静态海水条件下腐蚀速率为0.00004mm/a。 该项技术已在发电设备、船舶及海洋装备中得到应用，效果显著。 （二）船舶与海洋装备的污损防护  防污层与基体材料形成牢固的冶金结合，防污层在异物撞击下不会脱落；  防污层厚度可根据防污寿命的需要调节，防污层防污期效可达10年以上；  防污层能满足抑制藤壶水螅、水母、藻类、细菌粘膜等多种类型海生物生长的要求；  主要用于船舶、海洋装备的海洋生物污损防护（如钻井平台、海上设施）。

在橡胶基体内加入反应型多维微纳碳材料，实现高性能橡胶复合材料的可控制备;可控调控生物质硅炭与多维微纳碳材料的复合结构，获得具有高力学性能和耐老化功能的新型橡胶加工技术;首次在橡胶基体内构筑具有电子共辄离域效应的交联复合结构,获得具有超耐老化能力的新型橡胶复合技术。该成果涉及的上述创新点，体现出具有国际领先的加工技术，青岛科技大学拥有独占的关键加工技术,橡胶在高温高压差非常规环境中表现出耐老化超长效工作的能力。

随着我国对环境保护越来越重视，充填采矿技术得到越来越广泛应用。通常仅用于有色、黄金、贵金属等高价值矿体开采的全尾砂充填采矿法，近 10 年来已在铁矿、煤矿等低价值资源开发中应用，并且具有逐年发展趋势。与其他采矿方法相比，充填法采矿不仅采矿工艺复杂，生产能力低，而且充填采矿成本高，因此采矿经济效益差，影响充填采矿技术推广应用。特别对于低品位大型铁矿，通常以水泥作为胶凝材料实施全尾砂充填法开采，其胶结充填体强度低，水泥用量大，导致充填采矿成本居高不下，显著降低充填采矿经济效益。近 10 多年来，人们一直在探索低成本充填胶凝材料以及膏体充填技术。以胶固粉为代表的新型充填胶凝材料在充填矿山中应用，获得显著的经济、社会和环保效益。胶固粉一类新型充填胶凝材料以矿渣为主，与复合激发剂（C 料）在矿山制备。近年来，随着我国对环保重视和管理，对钢铁和水泥产业限产，作为水泥掺合料的矿渣成为一种宝贵的短缺资源，其材料成本在逐年提高且供不应求；由于激发剂成本提高和远距离运费，由此制备的胶固粉一类全尾砂充填胶凝材料成本逐年提高，目前基本上接近 42.5 普通硅酸盐水泥材料成本。钢渣、脱硫石膏、氟石膏、磷石膏、电石渣、鎂渣等低品质固体废弃物资源，由于其活性低、资源化利用成本高，作为水泥掺合料存在安定性等问题，因此资源化利用率低，目前仍是名副其实的固体废弃物。本项目利用钢渣等低品质固体废弃物，开发全固废绿色充填胶凝材料，以及超细尾砂似膏体制备技术，在充填矿山尤其是低价值充填矿山应用，不仅能够显著降低充填采矿成本，而且还可以实现低品质固体废弃物资源化高附加值和规模化利用。本项目核心技术成果开发出的全固废绿色充填胶凝材料，与水泥和胶固粉相比，充填材料成本大约是水泥或胶固粉成本的 50%~70%，而固废废弃物利用100%，其中较难利用的钢渣、脱硫石膏等低品质固体废弃物利用率将达到 55%以上。与胶固粉相比，其胶结体早期强度较低，但后期强度（28d）基本持平。因此，该种充填胶凝材料可以应用于大型贫铁矿阶段嗣后充填矿山以及对早期强度要求不高的上向分层进路胶结充填采矿法。

传统制备聚合物/层状无机物纳米复合材料的方法如插层复合法工艺复杂，需要加入增容剂或对层状无机物进行有机化处理，此外单体插层聚合涉及复杂的化学反应，而熔体插层则要求聚合物的熔体粘度低。针对传统插层复合法存在的问题，本项目将固相力化学方法引入聚合物/层状无机物纳米复合材料领域，利用磨盘形力化学反应器独特的三维剪结构所提供的强大挤压剪切力场和粉碎、混合、分散及固相力化学反应功能，在磨盘碾磨过程中同时实现层状无机物的粉碎、片层滑移和剥离，聚合物的粉碎和嵌入，聚合物与无机填料的固相分散和混合，得到聚合物/层状无机物复合粉体，再经进一步加工成型，可制备用途广泛的聚合物/层状无机物纳米复合材料，如具有良好力学性能的结构材料和具有导电、导热、电磁屏蔽、阻隔或隔音降噪的功能材料等。 主要技术指标： 可制备具有良好力学性能的结构材料及具有导电、导热、电磁屏蔽、阻隔或隔音降噪的功能材料等; 所制备的PP导电导热纳米复合材料的电导率可达5.2×10-4 S×cm-1，导热率可达0.69 W×m-1×k-1; HDPE导电导热纳米复合材料的电导率可达10-3 S×cm-1, 导热系数可达2.2 W×m-1×k-1 建设投产条件（投入资金情况、需要的厂房、使用配套设施状况等）： 需要带分级装置的磨盘形力化学反应器、双螺杆挤出机及注射/热压成型机。

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。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，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。

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