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润湿性作为固体表面的一个重要性质,由微观形貌和化学组成两方面所决定。根据“仿荷叶”的设计理念,固体表面使用无机-有机纳米杂化材料可以有效改变其表层的微观多维粗糙度,而低表面能聚合物又可有效降低涂层表面能,这一仿生设计思路一直是构筑超疏水涂层领域的研究热点。超疏水涂层除了自身的疏水、疏油性外,还具有自清洁、减阻、防污和抗粘性,对生物、工程、工业等领域具有重要意义。鉴于此,以低表面能含氟聚合物作疏水疏油组分,首先利用分子设计将含氟链节接枝或修饰在有机硅聚合物结构中,再通过氟硅聚合物分子中的多烷氧硅基与纳米硅源——正硅酸乙酯的水解缩聚,从而制得了一系列新型纳米杂化氟硅聚合物,而且将该系列聚合物负载于玻璃基质表面,进而又构筑了一系列功能化（超）疏水透明涂层。论文具体研究内容和结果如下:1.反应性纳米杂化氟硅树脂低聚体的合成、成膜形态与应用（1）将纳米硅源正硅酸乙酯（TEOS）与1,2-双（三乙氧基硅）乙烷（BTESE）先水解缩聚制成透明状纳米硅溶胶芯核,再将其与全氟烃基三烷氧基硅烷（PFOTES）水解共缩聚,制得了一种纳米杂化氟硅树脂（FSi@SiO2-1）;将其用氟醚溶剂稀释后喷涂于玻璃表面,可制得一种透明疏水涂层。应用研究表明,该涂层表面手感光滑,透光率可达91%,水在该表面的静态接触角（WCA）可达到121.3°;（2）通过硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）与正硅酸乙酯（TEOS）的溶胶-凝胶反应先制备γ-甲基丙烯酰氧基丙基改性的纳米硅溶胶,再将其与三氟丙基含氢硅油（FPHMS）、全氟烯烃（PFDE或PFOE）进行硅氢加成反应,制得了另一种具有良好的柔韧性的纳米杂化氟硅树脂（FSi@SiO2-2）,用氟醚溶剂稀释至0.5 wt%再喷涂、固化于硅橡胶表面成膜,可使水在光滑涂膜表面的接触角达到127.2°、油的接触角为89.1°,涂层透光率为90%;（3）同上,将乙烯基三氟丙基硅油（FVSA）与三甲氧基氢硅烷（TMS）通过硅氢化加成反应先制成三烷氧基硅乙基改性的含氟聚硅氧烷,然后再将其与正硅酸乙酯（TEOS）、全氟烃基三烷氧基硅烷如PFOTS等进行逐步水解缩聚,又制得了一种平均粒径约为150 nm且硅溶胶表面及其内部均键合有氟烃基链段的纳米杂化氟硅树脂FSi@SiO2-3,将其浸涂固载于玻璃基材表面,不仅能获得微观均方粗糙度Rq为0.346 nm的透明涂层,且在外力作用下当涂层表面结构被破坏后,其内部重新裸露的含氟链段因再次定向排列于空气界面故可实现长效疏水效果,因此,经FSi@SiO2-3浸涂处理的玻璃基材,在负重1 kg且经砂纸多次摩擦后,水在涂膜表面的接触角仍可维持在115°左右;（4）同法将1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷（D4H）、全氟辛（癸）烯（PFDE或PFOE）和乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）进行硅氢化加成,先制成反应性氟烃基与三乙氧基硅基改性的环四硅氧烷低聚体,然后与TEOS水解缩聚,又制得了纳米杂化氟硅树脂FSi@SiO2-4;再经与MQ树脂、二醋酸二丁基锡催化剂复配,由此形成的复合树脂涂层,受MQ纳米协同增强与催化剂协同固化作用的影响,水的WCA达到了150.3°,涂层不仅透光性优异,且还有良好的防指纹效果。2.含C-羟基氟硅树脂的合成及其构筑的耐磨超疏水涂层将烯丙基羟乙基醚和三甲氧基氢硅烷在铂催化作用下进行硅氢加成反应,先合成γ-羟乙基氧丙基三甲氧基硅烷（TMS-OH）前体。再参照st?ber法将TMS-OH、TEOS和1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（PFOTS）在酸性条件下逐步水解,进而合成了结构中含C-羟基纳米杂化氟硅树脂（FSi-OH）。FT-IR、1H-NMR对产物结构表征结果表明,在树脂中存在大量C-羟基。羟基可以更好地和固化剂异氰酸酯交联成膜,提高了涂层的耐摩擦牢度和化学稳定性。FESEM、AFM、激光粒度仪和接触角测试结果显示,当树脂内纳米粒的粒径为200-300 nm时,由氟硅树脂FSi-OH形成的涂层,其表面具有微观多尺度粗糙结构,涂膜表面的Rq达到了4.233 nm、WCA达到了151.1°,涂膜表现出了优异疏水效果。而XPS表征可见,在FSi-OH涂层表面存在有C、O、F、Si四种元素,各元素含量分别为C 32.96%、O 17.79%、F 37.83%和Si 11.42%,且树脂中的氟碳链段有趋于表面定向排列的现象,这显然更有利于降低FSi-OH涂层膜的表面能。因而在钢丝绒作摩擦介质且负重500 g的条件下,经400次往复摩擦或在水滴冲击4 h后,FSi-OH涂层仍可保持超疏水效果。另外,受涂层表面氟烃基链段富集和疏水疏油特性的影响,FSi-OH涂层膜对强酸、强碱等腐蚀性液体以及恶劣环境可表现出良好的耐受性。经Cassie方程对FSi-OH涂层在玻璃表面的超疏水机理分析可见,空气在该纳米粗糙界面所占比例已达83%,这显然是FSi-OH涂层可产生“仿荷叶”效应的内在原因。3.环保型POSS杂化含氟丙烯酸酯共聚物的合成及其性能的研究为实现透明疏水的效果,本研究又将脂肪族丙烯酸酯、拒水拒油性含氟丙烯酸酯与反应性功能丙烯酸类单体在溶液中进行自由基共聚,制得了一种POSS杂化含氟丙烯酸酯共聚树脂（PFPEM-POSS）;其中,所述的脂肪族丙烯酸酯包含甲基丙烯酸甲酯（MMA）、甲基丙烯酸酯基POSS（MAPOSS）;所述的拒水拒油性含氟丙烯酸酯则包括环保性Mn=1700的全氟聚醚丙烯酸酯（PFPEM）和全氟己基乙基丙烯酸酯（C6F）;而反应性功能丙烯酸类单体则采用丙烯酸羟丙酯（HPA）和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-570）。FESEM和AFM表征可见,全氟聚醚与全氟己基基团对亲脂性丙烯酸酯强烈的互拒作用及不相容性,有助于树脂涂层形成微观相分离形貌,即分级微纳米粗糙结构,而疏水性相对较弱、高硬度、聚集的POSS则大多被埋藏在树脂膜下发挥无机增强与耐磨作用。此外,微纳米分级粗糙结构对涂层的微观粗糙度、静态接触角和力学性能、耐摩擦牢度有影响。受此影响,PFPEM-POSS涂层的均方根粗糙度Rq达到了15.2 nm,且随着MAPOSS添加量的增加,涂层粗糙度增大,当MAPOSS的含量达单体总质量的25 wt%时,MAPOSS的接枝率为6.94%,此时水在PFPEM-POSS涂层表面的接触角可达152.3°、表面张力下降为15.6 mN/m,在研究范围内涂层的疏水性最优。此时PFPEM-POSS涂层不仅具有良好的疏水性,同时具有良好的耐磨性能。研究发现,在负重500 g且经5000次棉布摩擦条件下,水在涂层表面的接触角与未摩擦前相比仅下降了0.99%,且不同pH的水溶液滴落在涂层表面,其接触角无显著变化,说明PFPEM-POSS涂层可耐受具有一定腐蚀性的液体,可以在恶劣环境下使用。