一步喷涂法制备CNF协同增强EP/SiO2超疏水涂层：实现耐磨与强粘附功能的突破

本文推荐一种基于环氧树脂（EP）、十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）改性SiO2和KH570改性纤维素纳米纤维（CNF）的氟-free超疏水涂层，通过一步喷涂法构建微纳分级结构，兼具优异耐磨性（可耐受砂纸磨损和胶带剥离）、强基材粘附力及自清洁功能，为环保型高性能涂层开发提供新思路。

　　

Highlight

受荷叶启发的超疏水涂层因其多功能特性备受关注，但机械耐磨性不足限制其应用。本研究创新性地采用环氧树脂（EP）为粘合剂，协同十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）改性SiO₂和KH570改性纤维素纳米纤维（CNF），通过环保型一步喷涂技术构建微纳分级结构。其中SiO₂提供表面粗糙度，CNF形成三维网络增韧，EP赋予强粘附力，最终获得兼具卓越超疏水性（接触角>150°）和机械稳定性的复合涂层。

Materials

纳米二氧化硅（SiO₂, 20 nm）、羧基化纤维素纳米纤维（CNF）、十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）及γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）为主要原料，E-51环氧树脂（EP）为基体，乙醇为溶剂。

Characterization of nano particle microstructure

傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示：HDTMS-SiO₂在2915 cm^?1和2850 cm^?1出现-CH₃/-CH₂-特征峰，证实硅烷成功修饰；KH570-CNF在1720 cm^?1新增酯羰基峰，表明纤维表面接枝。

Conclusion

当EP与SiO₂质量比为3:5时涂层疏水性最佳，但机械性能不足。引入CNF后，其高长径比和机械强度使涂层耐磨性提升400%，且通过"纤维-颗粒"互锁结构实现酸碱耐受和持久自清洁功能，为生物基材料在功能涂层中的应用开辟新途径。