在20世纪晚期，为满足用作古文物的保护涂层、光电转换的保护薄膜等应用需要，以提高制品的耐用性、保留其外观形貌、降低其自身维护成本，受到自然界多类具有自清洁功能生物的启发，具有自清洁功能的涂层成为研究热点。据报道，根据植物表面结构衍生出具有自清洁功能的涂层主要分为两大类：疏水性涂层和亲水性涂层。因疏水性涂层在成自清洁涂层、微流体、不透水纺织品等方面的应用潜力和价值，此类相关研究较多。为确保制备疏水涂层的成功制备，具有超疏水表面和纳米级粗糙度成为必要条件。目前，制作疏水涂层方式大致可分为两大类：一类是用具有低表面能的材料制备粗糙表面，如含硅树脂、碳氟化合物、烷基酮、聚碳酸酯、聚酰胺、 SiO₂ 、 ZnO 和 TiO₂ 等；另一类是利用制备工艺对粗糙表面用低表面能材料进行改性，如水热反应、电化学沉积、静电纺丝、蚀刻和化学气相沉积、溶胶凝胶法和聚合反应等^[1-4]。

近年来，由于具有优异的力学、光学、疏水性能和热稳定性，有机/无机复合材料获得大量研究，并已广泛应用于疏水涂层、功能涂料、太阳能电池等领域。在制备疏水涂层领域，多借助溶胶凝胶法将无机纳米颗粒与有机聚合物相结合以获得良好的综合性能。Ch. Koti Reddy 等人^[5]在制备疏水聚氨酯薄膜中，加入 SiO₂ 与 PTFE 合成的纳米复合颗粒形成了薄膜的粗糙表面，使其水接触角增至94°。在多类纳米颗粒中， SiO₂ 纳米颗粒可提升制品力学性能、热稳定性、耐磨性、有机组份耐用性等性能，其在有机/无机复合材料中应用最为广泛。但由于纳米 SiO₂ 表面积大，表面存在许多 —SiOH 基团，因处于热力学非稳态易团聚，导致颗粒分散性差、粒径分布广、与其他材料的相容性差等^[6]。与此同时，氟化聚合物因具有超低表面能、疏水性、低可燃性、热稳定性、生物相容性等优越性能，被用于特种涂料，生物涂料及防火涂料等^[7]。而氟化单体较高的市场价格限制了其使用，使得研究更多聚焦于氟化聚合物。为解决氟化聚合物存在的基材黏合强度低、耐低温性差等缺点，可通过引入含硅功能基团进行改性^[8,9]。可见，引入含硅与含氟等低表面能基团对疏水性乳液及薄膜的制备方法和性能表征十分重要。

如今，二氧化硅/氟化聚合物复合材料主要由两种方式制备而成^[10]：一种简易型的是将工业或水解二氧化硅分散至有机溶剂中，例如，将二氧化硅与氟化聚合物溶液在氯仿溶剂中简单混合，制备了超疏水性涂料^[11]。此类方法存在使用有机溶剂易带来环境污染，以及纳米颗粒与乳液结合力较弱等弊端。另一种环境友好型的方法是利用乳液聚合，将纳米 SiO₂ 与聚合单体混合。

乳液聚合按聚合方法主要分为传统乳液聚合和特种乳液聚合两类，按工艺又可分为间歇法、半连续法及连续法。Zheng 等人^[6]采用传统乳液聚合，将 SiO₂ 与 PTFE 乳液相混合，经过固化后形成二氧化硅网络均匀覆盖 PTEF 颗粒的杂化涂层。核壳型乳液聚合作为特种乳液聚合方式的一种，由于合成的乳胶粒子具有多层不同性质结构，产品性能优异。Wu 等人^[12]利用原位乳液聚合合成了 SiO₂ / P(MMA-BA) 核壳型乳液。Li 等人^[13]通过在壳层引入少量硅氧烷，在不影响核壳型薄膜的透光度下，大幅增强了其防水性与防紫外线性能。Cui 等人^[14]则将含氟基团引入核壳型纳米粒子的壳层结构中，由于氟元素在薄膜与空气界面大量聚集，大大提高了薄膜的水接触角和热稳定性。Li 等人^[15]则研究了氟化聚四氟乙烯与 SiO₂ 纳米颗粒在外壳层对薄膜性能的影响。

与此同时，为提高乳液及成膜性能，不同工艺方法也分别进行了探究。Yang 等人^[16]探究了不同单体添加方式对乳液性能的影响；Angel Romo-Uribe等人^[17]发现合成工艺半连续法比间歇法的效率更高。于文英等人^[18]采用溶胶凝胶一步法，对比了在酸、碱不同环境下催化效果。

此外，为提高纳米 SiO₂ 的分散性，使其与聚合物粒子相互分布，常常对 SiO₂粒子表面进行改性。Wu 等人^[12]利用 GPTMA 脱水缩合，增加 SiO₂ 纳米颗粒与聚合物链段的粘结力；R. Hashemi-Nasab 等人^[19]采用 MPS 对 SiO₂ 进行改性，使其在聚合物乳液中的分散性优于未处理颗粒；费志方等人^[20]则采用 TMCS 将亲水羟基（—OH）替代为疏水甲基（—CH₃），制得复合材料的水接触角为134°。

苯丙乳液相对于其他聚合物乳液而言，具有优良的综合性能和很高的性价比，本课题通过设计乳胶粒子结构，优化反应配比，探究聚合工艺方法，使其能够满足生产成膜温度低、疏水性能优良、综合性能优异等要求，从而达到经济、环保、社会、健康的统筹兼顾。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1. 查阅文献，了解国内外关于 SiO₂ /苯丙乳液杂化涂层的研究概况和发展趋势，总结归纳单体比例、改性剂添加量、聚合温度、搅拌速度等不同影响因素对乳液及成膜性能的影响。同时了解所用原材料及合成方法对社会、健康、安全、成本以及环境的影响。

2. 材料改性及制备，设计本实验方案，选择具有代表性的合成和改性方法，制备出SiO₂/苯丙复合乳液和杂化涂层。并比较比较不同配比的杂化涂层的性能，确定疏水性最佳的杂化涂层配方。