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超雙疏自清潔涂層

一、項目簡介荷葉出淤泥而不染的自清潔性能、蛾翅膀表面的自清潔性能、水黽的腿在水面上自由行走而不下沉、魚體表面在油污污染的水中保持自身清潔等一系列自然界中的超疏水、超雙疏現象引起了許多學者的極大關注。近年來國內外關于超疏水、超雙疏的研究都有大量文獻報道。然而依照這些方法制備超疏水/超雙疏涂層的成本非常高且技術要求嚴格，進行大規模工業生產幾乎在短期內難以實現。2013年美國Ultra-ever Dry公司推出了世界首款，迄今為止也是唯一一家通過簡單噴涂即可實現超疏水界面的超疏水的涂層。目前張旭教授課題組已經成功開發了具有世界領先技術的超雙疏、自清潔涂層，此種納米涂層模擬荷葉表面結構，具有超疏水、超疏油自清潔性質，利用簡單噴涂可在布料、木材、紙張、金屬、建筑等材料表面，快速形成“荷葉效應”界面，并具有耐紫外線和一定的耐磨性質，具有自清潔、防水、防腐蝕、防凍、減阻、油水分離等作用，在建材、化工、石油、國防軍事、能源等領域具有廣闊的發展空間，是一種極具發展潛力的新材料。例如，直接噴涂在衣物、鞋帽、帳篷表面可實現自清潔、防雨功能，達到免清洗作用，并具有織物原有的透氣性；噴涂在高壓電網輸電支架以及風力發電扇葉上可防止結冰；噴涂木材表面可實現戶外的防潮、防霉；噴涂電路板上可實現防水、防潮；噴涂在高層建筑物表面可實現自清潔等等。此外，此種材料的生產無排放、無污染。張旭教授課題組已經實現了小試生產制備，實驗室即可制備公斤級產品，取得了目前已知除美國Ultra Ever-dry公司以外全球唯一能夠公斤級制備超雙疏、自清潔涂層的技術，并在一些方面超過該公司產品，例如已經能夠突破超雙疏涂層白色限制，得到各種顏色的超雙疏涂層；能夠對食用油、導熱油、甲苯、氯仿等實現超疏油；通過簡單調整可實現只超疏水但親油，噴涂后的織網可對油水兩相實現快速、簡便的油水分離。該技術已申請四項相關國家發明專利，目前正在積極與相關應用企業合作，推廣該產品的市場應用。二、項目技術成熟程度已實現實驗室的小試制備（5L反應釜）。三、技術指標（包括鑒定、知識產權專利、獲獎等情況）噴涂在材料表面對油（食用油、導熱油、甲苯、氯仿等）和水接觸角大于150度，滾動角小于10度，耐受溫度使用溫度范圍可以在-34℃~149℃之間，目前已申請四項國家發明專利。四、市場前景（應用領域、市場分析等）此種納米涂層模擬荷葉表面結構，具有超疏水、超疏油自清潔性質，利用簡單噴涂可在布料、木材、紙張、金屬、建筑等材料表面，快速形成“荷葉效應”界面，并具有耐紫外線和一定的耐磨性質，具有自清潔、防水、防腐蝕、防凍、減阻、油水分離等作用，在建材、化工、石油、國防軍事、能源等領域具有廣闊的發展空間，是一種極具發展潛力的新材料。在早期，人們對于如何防水、防油一直以來都是熱衷討論的話題，畢竟沒有人會愿意打掃廚房里各種油污，或者自己的手機掉進水里當場報銷損失慘重。各色疏水、疏油涂層幾乎成為人們生活中不可或缺的化學用品，小到手表、雨傘，大到航海航天，都可以找到疏水、疏油涂層的身影。例如: ? 能源行業我國南北交界地區冬季長出現凍雨現象，結冰對風力發電扇葉、高壓輸電線支架產生很大的影響，該涂層的超疏水的微小滾動角可使材料表面無水存留，避免材料表面結冰。此外，自清潔作用在太陽能電池板上的應用也具有廣闊的空間。? 油水分離我們開發的超雙疏涂層之一超疏水親油涂層噴涂在普通紗網上，普通篩網即可具有油過、水不過的特點。紗網親油，因此油能輕易通過篩網，而織網表面超疏水、極小滾動角，水在織網表面迅速流走，達到油水分離作用。如果在普通瓶子口蒙上該種紗網可在油水混合液撈取，只有油能進入瓶子中（如圖所示）。? 軍事國防噴涂有超雙疏涂層的織物具有自清潔作用，同時涂層滲透到織物中增加了其耐磨性，更為重要的是能夠保證織物的透氣性，因此可制成作戰服、野外帳篷、背包、手套等等戶外用品。此外超雙疏涂層在防腐、防凍、防潮方面對武器裝備無疑具有最強保護作用。? 日用品超疏水雨衣、雨傘使使用過的雨具，無水積存，直接收納放入背包中；噴涂超疏油涂層的抽油煙機可滴油不沾全部回收；噴涂在廁所衛浴上可有效避免尿垢的產生。? 建筑物自清潔我們開發的超雙疏自清潔涂層具有抗紫外線作用，對戶外墻體具有較強的粘附性，同時開發出彩色超雙疏自清潔涂層，對高層建筑具有自清潔作用。? 防腐、防潮作用我們已經進行了初步的應用嘗試，噴涂超雙疏涂層的金屬在濃酸中具有一定的抗腐蝕作用；由于極小的滾動角，對戶外的金屬制品具有很強的抗腐蝕作用；噴涂在木材表面可達到防腐、防潮的作用。? 船舶行業：如果船體噴涂上超疏水涂層，船只行駛過程中與水的摩擦會大大降低，這樣對燃油就會節省很多，海藻之類吸附在船底的現象也會減少很多，對于船舶的護理會減輕很多工作，其實也是減少成本。船舶方面，目前船只有一半以上的驅動能是被船體與水之間的摩擦消耗掉的。如果能通過特殊涂層在船體表面形成空氣膜，船與水摩擦而造成能耗則能降低10％，因而可以大量節省燃油。一般船舶航行中受到的阻力有3種,即船體運動引起的興波阻力、產生旋渦引起的旋渦阻力以及由于水和船體之間接觸產生的摩擦阻力.在這3種阻力中,對于油船那樣的低速肥大型船舶,摩擦阻力要占全部阻力的80%以上,而對通常的貨船約占70%的比例。因此,降低摩擦阻力是一項重要的技術。應用在航海以及航天事業，以減小因為液體產生的阻力，達到節能環保且高效轉換動能的效果。? 電子元件行業可以應用在真正防水的電子元件上，或者是需要經常接觸帶腐蝕性液體的工作人員，這款涂層的誕生不得不說是一個福音，例如一些電子原件需要進入到水中、高溫中、冰塊中、油中等一些特殊環境工作，有了超雙疏涂層，就不用擔心了，可有效解決問題。在電子元件上覆蓋厚度遠比人類頭發直徑小的薄膜涂層后，水無法真正接觸到關鍵電子元件，也就不能對其造成損害。通信設備其它室內室外設備都可以使用，延長壽命，使用功效不會降低，免受雨水的干擾。五、規模與投資需求（資金需求、場地規模、人員等需求）可面談六、生產設備常規反應釜，無三廢排放；噴涂設備七、效益分析目前全球唯一生產廠商美國Ultra-ever Dry推出的超疏水涂層價格為：底層涂層約人民幣70萬/噸、表層涂層人民幣140萬/噸。八、合作方式共同開發市場。九、項目具體聯系人及聯系方式（包括電子郵箱）聯系人：張旭博士/教授河北工業大學化工學院高分子科學與工程系天津市紅橋區光榮道8 號E-mail：xuzhang@hebut.edu.cnTel：022-60200443

河北工業大學 2021-04-13

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