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超疏水表面涂层具有自清洁、非润湿和防腐蚀等特性,在涂饰、防水和生物医药材料等许多领域中具有潜在的应用价值,因而,超疏水表面的设计、制备与应用成为人们关注热点。目前,超疏水表面的制备方法众多,但由于所用材料有限、设备昂贵、工艺复杂、且制备出的超疏水涂层存在力学强度不足等问题,使得该表面涂层尚未得到实际应用。因此,探索成本低廉、工艺简单、适合大面积制备、性能优良的超疏水表面涂层的制备方法成为研究热点。首先以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚丙二醇(PPG)、端羟基丙基硅氧烷(PDMS)、三羟甲基丙烷(TMP)、甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)和二羟甲基丙酸(DMPA)为原料合成了含不饱和双键的有机硅改性水性聚氨酯(SiPU)水分散体;以SiPU为种子乳液,加入丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFMA),通过自由基聚合得到交联型氟硅改性聚氨酯-聚丙烯酸酯(FSiPUA)复合乳液。考察了HPMA、PDMS和DFMA用量对乳液聚合过程及乳胶膜的性能影响,通过马尔文粒度仪、傅里叶红外光谱(FT-IR)、接触角(CA)、热重(TG)、差示扫描量热(DSC)、X射线光子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)和力学性能测试(MPT)等现代测试方法表征乳液的粒径及其分布、涂膜表面微观结构、表面疏水性、热稳定性和力学性能等。实验结果表明:当HPMA、PDMS和DFMA含量分别为5.2%、7%和20%时,可制备出耐水性和疏水性良好的交联型FSiPUA复合乳液。由于HPMA、PDMS和DFMA的引入,复合乳液涂膜的疏水性增强,热稳定性和力学性能得到较大提高。然后采用溶胶-凝胶法,在上述制备的FSiPUA复合乳液中,以乙醇(C2H5OH)为共溶剂,正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为前驱体,在氨水(NH3·H2O)的催化作用下制备得到有机-无机杂化材料。设计了四因素(n(MTES)/n(TEOS)、n(C2H5OH)/n(TEOS)、n(NH3·H2O)/n(TEOS)和FSiPUA用量)三水平的正交试验表L9(34),考察了MTES、C2H5OH、NH3·H2O和FSiPUA复合乳液用量对杂化涂层水接触角(WCA)及成膜性能的影响,采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、接触角(CA)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等现代测试方法表征涂膜表面微观结构及表面疏水性等。正交试验极差分析结果表明:配方中各物质用量均对涂层表面粗糙度及化学组成产生一定影响,从而导致杂化涂层的疏水性能的改变;当FSiPUA复合乳液用量为25%(质量分数),n(TEOS):n(MTES):n(C2H5OH):n(NH3·H2O)=1:4.5:45:10时,所得的有机-无机杂化涂层成膜性较好,与去离子水的接触角高达156.4°。FT-IR分析结果表明:MTES与TEOS的水解产物发生共缩聚反应,将疏水性的-CH3基团引入到SiO2粒子表面,使得粒子表面从亲水性向疏水性转变;当杂化涂层具有超疏水性时(WCA>150°),SEM和AFM观测到其表面具有纳/微米粗糙结构。有机-无机杂化涂层的超疏水现象可用Cassie模型较好的解释,由模型方程计算出最佳实验条件下所得超疏水涂层表面气-液接触面所占分率为0.887。