具有耐用性和颜色多样性的生物质基超疏水涂层的制备方法和用途

技术领域

本发明属于涂层领域。涉及生物质基超疏水涂层的制备方法和用途，尤其涉及一种具有颜色多样性和出色耐用性的生物质基超疏水涂层的制备方法和应用。

背景技术

彩色超疏水材料由于在美学追求上在装饰领域的潜力而受到广泛关注，但是在彩色超疏水材料的制备上的研究很少。

Wang等[F.Wang,X.Zhang,L.Zhang,M.Cao,Y.Lin,J.Zhu,Rapid fabrication ofangle-independent structurally colored films with a superhydrophobicproperty,Dyes and Pigments 130(2016)202-208]通过喷涂单分散的SiO

徐等[K.Xu,S.Ren,J.Song,J.Liu,Z.Liu,J.Sun,S.Ling,Colorfulsuperhydrophobic concrete coating,Chem.Eng.J.403(2021)126348]制造了一种彩色的超疏水混凝土涂层，但是只获得了四种颜色。因此，尽管彩色超疏水涂层已经取得了一定的进展，但是因制备复杂，原料不环保，基材的适应性差以及颜色多样性不足等问题，从而限制了彩色涂层在室外环境中的广泛应用。

虽然有人尝试通过在膨胀的和几乎溶解的棉花上沉淀纤维素和有色硬脂酸酯，制成了彩色的超疏水纸、通过挤压干燥方法实现具有双色表面的润湿不对称的纤维素片。但是制造过程繁琐，不利于大规模生产。

发明内容

针对现有技术的不足，我们设计并制造了一系列具有出色耐用性的颜色可调的超疏水涂层，可以通过喷涂，浸入和绘画等多种方法将其涂覆在不同的基材上(图1)。

本发明中涉及的化合物缩写如下：

FAS：1H，1H，2H，2H-全氟癸基三甲氧基硅烷；

AS：[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺；

PTFE：聚四氟乙烯；

MB：甲基蓝；

MO：甲基橙；

Rh B：罗丹明B。

WCA：水接触角。

本发明提供一种彩色涂层液的制备方法，包括下列步骤：

1)将微纳米粒子称重，并分散到无水乙醇和乙酸的混合溶液中；所述微纳米粒子为纤维素，壳聚糖，沸石和PTFE中的三种或四种；

2)将染料添加到上述溶液中，并在40-80℃下搅拌5-8h，以获得彩色的悬浮液；

3)将FAS逐滴添加至上述溶液中，并搅拌1-3小时；

4)逐滴加入AS并连续搅拌2-4h，最终得到彩色涂层液。

优选的，步骤1)中，纤维素，壳聚糖，沸石和PTFE的质量比为(1-9)：(9-1)：(1-9)：(9-1)。更优选的，步骤1)中纤维素，壳聚糖的质量比为(4-6)：(6-4)；沸石和PTFE的质量比为(2-4)：(8-6)。更优选的，步骤1)中纤维素，壳聚糖，沸石和PTFE的质量比为 6：4：3：7。

纤维素，壳聚糖，沸石和PTFE等四种微纳米粒子，在涂层的制备中分别起到提供粗糙度的作用；不同尺度的微纳米粒子的堆积可以产生不同的粗糙度，采用多种尺寸的微纳米颗粒可以提供多级粗糙度，纤维素，壳聚糖，沸石和PTFE的微米/纳米尺寸可以根据需要进行选择，选择三种或三种以上的不同尺寸，有利于形成多级粗糙度，优选的，微纳米粒子选择 8-30μm、80-120nm、400-800nm三种粗糙度，或者微纳米粒子选择5-15μm、20-30μm、80-120nm、400-800nm四种粗糙度，均可达到良好的效果。

更优选的，纤维素，壳聚糖，沸石和PTFE的微米/纳米尺寸分别为25μm，400-800nm，10μm和100nm。纳米粒子颗粒的探究结果如表1所示。

优选的，步骤1)中，无水乙醇和乙酸的混合溶液中，无水乙醇和乙酸的体积比为(4-8)： 1。混合溶液的添加量为微纳米粒子总重量的10-30倍，优选为15-20倍。

优选的，步骤2)中，染料为甲基蓝(MB)、甲基橙(MO)、罗丹明B(Rh B)；在染色过程中，MO，MB和Rh B被用作三种主要染料。可以通过调节三种染料的质量比来获得染料配比的三元相图(图2)。从而获得不同的颜色的涂层液。

优选的，步骤3)中，FAS的加入量为微纳米粒子总重量的5～75％。更优选的，步骤3) 中，FAS的加入量为微纳米粒子总重量的55～75％。FAS在涂层的制备中分别起到提供低表面能的作用，可以提升疏水性能。

优选的，步骤4)中，AS的加入量为微纳米粒子总重量的26～130％。更优选的，步骤4) 中，AS的加入量为微纳米粒子总重量的75～130％。更优选的，步骤4)中，AS的加入量为微纳米粒子总重量的90～110％。AS在涂层的制备中分别起到粘附力的作用，可以增强涂层液与基材的粘附。

本发明还提供上述方法制备的彩色涂层液。

本发明提供一种彩色超疏水涂层的制备方法，包括下列步骤：

上述方法制备的彩色涂层液，涂覆至基材上，将涂层材料在70-90℃下加热4-6h，然后在100-120℃下干燥20-40min，得彩色涂层。

优选的，使用喷枪从垂直方向10cm的距离喷涂彩色涂层液(2mL)来涂覆不同的基材，例如玻璃，铝片，瓷砖和木材。棉织物可以浸入彩色悬浮液中。

优选的，通过在烘箱中将涂层材料在80℃下加热5h，然后在110℃下干燥30min来获得彩色涂层。

上述方法制备的彩色超疏水涂层，彩色超疏水涂层横截面的SEM图像和Si、N和F的元素映射证明了粘附机理图中锚定层的存在，即图13，在基体附近存在一个层区，其中Si和N元素均匀分布在锚固层中，而F元素几乎不存在。这不仅说明了F元素的表面迁移导致了涂层的超疏水性，也证实了锚定层的存在。

EDX图谱表明，包括N，Si，F，Al，S和Na元素在内的所有元素都均匀地分布在涂层的表面上(图10a-f)。涂层的XPS光谱表明(图11)，位于689.2eV和688.1eV的两个明显成分归因于从F1s峰分解的CF

涂层的不同放大倍数SEM图像(参见图9(a-c))显示出微纳米颗粒紧密且均匀地粘附在基材上，并显示出涂层与基材之间良好的粘合性。图14、16、17、18均可以体现涂层与基底之间良好的粘合性。

对涂层棉织物，玻璃，铝片，木头和瓷砖进行了剥离试验。每5次剥离定义为一次剥离周期。经过20个剥离循环后，涂层基材上的WCA从约160°降至约150°，从而证实了不同基材上涂层的强附着力和优异的超疏水性(图16)。

对于硬质基材，通过拉拔粘合力测试仪测量粘合强度，涂层与基材之间的粘合力为0.8 MPa～1.6MPa。

砂纸磨损测试，将玻璃基板上的涂层面朝下放在重量为200g的800cW砂纸上，并将每10cm定义为磨损周期。在经过40m的磨损距离后，涂层仍表现出超疏水性，WCA大于 150°(图19)。

水流冲击试验，将涂覆玻璃放置在距喷枪垂直距离10cm处，在200kPa水压下的水冲击速度为～14.6m/s(图21)，水冲击20min后，涂层的颜色和超疏水性没有明显变化，表明涂层具有出色的耐水性。

将pH值为1～14的酸，碱和/或盐液滴沉积在涂覆玻璃上，每5min测量一次WCA，30min后WCA仍超过150°。

经过24小时的盐雾测试，超疏水涂层的整个表面没有被腐蚀，并且颜色和超疏水性也没有显著变化，表明该涂层具有优异的耐盐性，在海洋保护中显示出巨大应用潜力(图24)。此外，将涂覆玻璃暴露于365nm紫外光300min后，MO染色涂层的WCA和颜色几乎没有变化，这表明该涂层在暴露于紫外光下不易褪色并表现出显着的抗紫外线性(图25)。

本发明还提供所述的彩色超疏水涂层的用途，用于防污涂料、用于绘画颜料。超疏水涂层以及彩色超疏水涂层还可以减阻、延缓结冰和防雾等等。

本发明的有益效果是：

本发明通过简易地方法利用生物质材料即可获得多种颜色的、机械性能好的彩色超疏水涂层。一般的超疏水涂层只表现出单一的颜色，我们在保证涂层超疏水性质的前提下，赋予超疏水涂层多种多样的颜色。此外，还可以通过浸涂、喷涂或将其用作颜料来绘画等等，具有不同的应用途径和使用方式。

可以通过改变染料的质量比来调整涂层的颜色。更重要的是，该涂料可以用作在不同基材上绘画的颜料，并且在维护艺术品方面具有潜在的应用前景。

涂层与基材之间的粘合性对于制造坚固地超疏水涂层非常重要。然而，粘附力的改善需要涂层的极性基团与基材的相互作用，而极性基团的增加不可避免地导致超疏水性的降低。因此，以生物质材料为原料通过一种可行且具有成本效益的方法来制造色彩鲜艳，坚固耐用的超疏水涂层是一项巨大的挑战。本发明提出了一种通过使用纤维素和壳聚糖等材料来制造具有优异坚固性的彩色超疏水涂层的简便方法。以三种主染料为基色，通过单染或混染可以得到多种颜色的涂层。而且可以通过喷涂，浸涂和绘画等各种方法将涂层涂覆到硬质基材(例如玻璃，铝片，木头和瓷砖)和软质基材(例如棉织物)上。此外，由于多重相互作用(硅氧烷共价键和氢键)，彩色涂层可以牢固地粘附在基材上。该涂层具有拒水性能，还可以承受砂纸磨损，胶带剥离循环，水冲击和紫外线照射等测试，具有优异的环境耐久性。而且，该彩色涂层可以作为一种新型颜料在不同基材上进行绘画，并有望在工艺设计或装饰中表现出巨大的潜在性应用。

附图说明

图1彩色超疏水涂层的制备工艺示意图。

图2染料配比的三元相图。

图3根据A-P点的染料配比制得的对应的多色超疏水涂层的照片。

图4超疏水涂层的颜色梯度及相应染料配比的图片。

图5(a)原始微纳米颗粒典型的N2吸附-解吸等温线。(b)原始微纳米颗粒的孔径分布图。

图6微纳米颗粒吸附Rh B(a)、MO(b)、MB(c)前后的紫外-可见吸收光谱的变化谱图。

图7各种彩色超疏水涂层的图像及WCA。

图8不同颜色梯度的超疏水涂层的图像和WCA。

图9(a-c)在不同放大倍数下的MO染色超疏水涂层的SEM图像。

图10分别为MO染色超疏水涂层的N(a)，Si(b)，F(c)，Al(d)，S(e)和Na(f)元素的EDX谱图。

图11涂层的XPS谱(a)和F1s谱(b)。

图12彩色超疏水涂层的粘附机理图。

图13彩色超疏水涂层横截面的SEM图像(a)和Si(b)、N(c)和F(d)的元素映射。

图14MO染色的超疏水涂层在不同放大倍数下的截面SEM图像。

图15将水、可乐、茶水和果汁分别放置在涂覆有不同颜色涂层的棉织物、木头和瓷砖上。

图16对各种基材上的涂层进行胶带剥离测试。

图17在耐揉搓试验中涂层WCA的变化，插图为揉搓试验前后的对比照片。

图18涂层与不同基材(如木材、瓷砖、铝板和玻璃)之间的附着力测试，插图为涂层剥落情况。

图19砂纸磨损试验中涂层的磨损耐久性测试，插图为磨损前后涂层表面的水的静态接触角图

图20(a)和(b)磨损测试前后不同放大倍数下MO染色超疏水涂层的SEM图像。

图21水冲击测试对涂层WCA的影响。

图22将酸(pH＝2的HCl水溶液)、碱(pH＝14的NaOH水溶液)和盐(3M NaCl水溶液)滴在涂覆玻璃基板上，WCA随时间的变化

图23测量不同pH值的液滴放置在涂覆玻璃基板上的接触角。

图24原始铝板(a)和MO染色超疏水涂层铝板(b)在盐雾试验前后的对比照片。

图25长时间紫外线照射对涂层WCA的影响，插图是彩色涂层在紫外照射前后的对比照片。

图26彩色超疏水涂层在各种基材上的应用。画布上的“荷花”(a)、纸上的“牵牛花”(b)、木头上的“中国古装”(c)和“彩陶”图案(d)。

具体实施方式

以下实施例时对本发明的进一步说明，但本发明并不局限于此。

材料

α-纤维素(直径：25μm)，沸石(直径≤10μm)和[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]乙二胺(AS)购自阿拉丁化学试剂有限公司(中国)。壳聚糖(分子量：9.48×10

机械稳定性测试

用强力胶带在不同涂覆基材的表面上进行胶带剥离试验。对于砂纸磨损测试，将玻璃基板上的涂层面朝下放在重量为200g的800cW砂纸上。为了进行水冲击试验，将涂覆的玻璃基材与喷枪垂直放置10cm，水冲击速度(V)为～14.6m·s

化学稳定性测试

使用具有不同pH值的酸性溶液(HCl水溶液)和碱性溶液(NaOH水溶液)以及盐溶液(3M NaCl)来测试彩色涂层的化学稳定性。对于抗紫外线测试，将涂覆玻璃板用365nm 紫外线进行处理。观察并记录涂覆的玻璃板表面的颜色和超疏水性的变化。

表征

涂层的表面形态是通过SUPRA

实施例1彩色涂层液及彩色超疏水涂层的制备

通常，将0.6g，0.4g，0.3g和0.7g的纤维素，壳聚糖，沸石和PTFE称重，并分散到30mL无水乙醇和5mL乙酸的混合溶液中。然后，将某种染料添加到上述溶液中，并在60℃下搅拌6h，以获得彩色的悬浮液。之后，将800μL的FAS逐滴添加至上述溶液中，并搅拌 2小时。然后，逐滴加入2mL的AS并连续搅拌3h，最终得到彩色涂层液。通过使用喷枪从垂直方向10cm的距离喷涂彩色涂层液(2mL)来涂覆不同的基材，例如玻璃，铝片，瓷砖和木材。棉织物可以浸入彩色悬浮液中。最终，通过在烘箱中将涂层材料在80℃下加热 5h，然后在110℃下干燥30min来获得彩色涂层。

值得注意的是，MO、MB、Rh B作为三种原色染料。染料的总质量保持在0.03g。通过调节染料的质量比，可以得到不同的颜色。此外，在保持染料质量比不变的情况下，可以通过调节染料浓度来获得颜色梯度。

在染色过程中，MO，MB和Rh B被用作三种主要染料。可以通过调节三种染料的质量比来获得染料配比的三元相图(图2)。三相图的三个角(点A-C)分别表示MO，MB和Rh B 的纯相，即添加的单一染料总质量为0.03g；点D-L表示任意两种染料的混合质量比，比如点D表示MB：Rh B的质量比为1:1，即添加量各为0.015g；点M-P表示三种染料的混合质量比，比如点M表示MB：MO：Rh B的质量比为1:1:1，即添加量各为0.01g。

例如，可以根据三元相图中A点到P点的染料比例来制备彩色超疏水涂层(图3)。在涂层制备的染色过程中，我们通过添加点A-P的染料比例，成功得到了以下多种颜色。可以看到，由点A-C制备的涂层表现出染料原始的三种颜色，点D-P则呈现出与三原色本色不尽相同的颜色，比如点F、H和O分别呈现出绿色、紫色和咖啡色，证明了利用三原色混色法来获得多彩涂层的可行性。

实施例2彩色超疏水涂层的研究和表征

按照实施例1的方法，通过改变染料的总质量，同时保持质量比不变，可以获得一系列具有颜色梯度的涂层。例如，通过保持质量比为1：0(RhB，A点)，1：0(MB，C点)，1： 1(MB：MO，F点)，1：4(MO：RhB，I点)可以获得粉红色，蓝色，绿色和红色的四种颜色的渐变(图4)。

不同于其他文献中粒子与光波相互作用产生的颜色，或由飞秒在特殊金属表面电镀产生的颜色，我们的涂层的颜色是通过简单的物理吸附获得的，不受所使用的材料的限制。换句话说，直接利用沸石等微纳米颗粒作为吸附剂，使溶剂中的染料能够吸附在多孔材料的表面。吸收不同的染料可以得到不同的颜色。值得一提的是，沸石上的微孔结构和活性羟基对颗粒和染料的结合效果以及超疏水改性有一定的促进作用。

为了确认吸附机理，通过Brunauer-Emmett-Teller(BET)和Barrett-Joyner-Halenda(BJH) 方法测量了原始微纳米颗粒的孔径分布和比表面积。如图5(a-b)所示，结果表明N

在此基础上，三种具有一定浓度的原色染料被颗粒吸附，并表征了吸收前后吸收强度的变化(图6)。可以看出，在554nm，464nm和664nm波长处，Rh B，MO和MB的吸光度显着降低，证明颗粒对染料具有明显的吸附作用。在彩色涂料生产过程中，在三元相图中选择一种染料比例，即可获得某种颜色。同时，通过调节染料的总质量可以得到各种颜色梯度，这增强了涂层在颜色上的选择性和多样性。

所有多色涂层和不同颜色梯度的涂层的水接触角(WCA)都大于155°(图7-图8)，说明了该涂层具有出色的超疏水性。

此外，还根据Owens-Wendt方法计算了涂层的表观表面自由能。如表2所示，涂层的表观表面自由能约为21.94mN m

为了进一步对涂层的超疏水性进行表征，我们根据Owens-Wendt方法计算了涂层的表观表面自由能。计算结果及过程如下:

表1涂层的接触角数据和计算的表观表面自由能

Owens-Wendt开发了一种由色散力和/或氢键组成的测量固体表面能的方法，可写成公式 [1]:

式中，上标d、p分别为色散力分量和极性分量。杨氏方程可以写成方程[2]：

式中，T

Owens-Wendt法的标准溶液为甲醇和环己烷，因此，通过计算上述

通过以上测试可以证明，我们成功制备了多种彩色超疏水涂层，涂层不仅具有明亮的颜色而且还都有优异的超疏水性。接下来我们将选择其一种涂层对其表面形貌和化学组成进行探究。

为了说明涂层的形貌和组成，选择了实施例1中MO染色的超疏水涂层作为模型，以对涂层进行全面分析。不同放大倍数的SEM图像揭示了由纤维素，壳聚糖，沸石和PTFE的颗粒形成的微米/纳米级突起(图9a-c)，这为构造超疏水表面提供了必要的粗糙度结构。EDX图谱还表明，包括N，Si，F，Al，S和Na元素在内的所有元素都均匀地分布在涂层的表面上(图10a-f)。此外，涂层的XPS光谱表明(图11)，位于689.2eV和688.1eV的两个明显成分归因于从F1s峰分解的CF

涂层的粘合强度与超疏水性同等重要，它是评估涂层卓越性能的重要指标。通常，粘附强度取决于涂层的极性基团，但是极性基团会消耗涂层的疏水性。在这项工作中，硅烷偶联剂AS被用作粘合剂，以增强涂层与底材的粘合强度。如图12所示，通过AS的Si-O-CH

为了验证“AS锚固层”的存在，进行了截面SEM显微镜表征。如图13所示，在靠近基底的区域，Si和N元素均匀地分布在锚固层中，但是几乎没有观察到F元素。这不仅说明了有助于涂层超疏水性的F元素的表面迁移，还证实了锚固层的存在。涂层的不同放大倍数SEM图像显示出微纳米颗粒紧密且均匀地粘附在基材上，并显示出涂层与基材之间良好的粘合性(图14)。

之后，研究了涂层在不同基材上的适应性和粘附强度。在图15中，将彩色的超疏水涂层涂在不同的基材上，例如棉织物，木头和瓷砖。当将不同的水滴，可乐，茶水和果汁分别置于涂覆的基材上时，所有水滴均呈球形，表明具有超疏水性。为了说明高粘合强度，对涂层棉织物，玻璃，铝片，木头和瓷砖进行了剥离试验。每5次剥离定义为一次剥离周期。经过20个剥离循环后，涂层基材上的WCA从约160°降至约150°，从而证实了不同基材上涂层的强附着力和优异的超疏水性(图16)。

为了更准确地表征涂层与基材之间的粘合强度，我们将上述基材分为软质和硬质基材。软质基材包括棉织物、滤纸；硬质基材包括玻璃，木头、瓷砖和金属片(铝片。铁片等)。对于软质基材，进行了15cm×12cm浸涂棉织物的擦洗测试(图17)。每5秒被定义为一个揉搓周期。经过100次循环后，涂层棉织物仍具有拒水性(拒水性利用接触角来表征，接触角大小的表征在图17的接触角测试体现)，并且没有明显的颗粒脱落。对于硬质基材，通过拉拔粘合力测试仪测量粘合强度。如图18所示，涂层与木材，铝片，瓷砖和玻璃基板之间的粘合力分别为0.800MPa，1.334MPa，1.500MPa和1.522MPa。在基材上只能看到少量剥落的涂层，充分说明了其强大的粘合强度。因此，这些结果不仅表明超疏水涂层可以以良好的坚固性粘附到各种基材上，而且也证明了可以通过浸涂、喷涂等多种方法获得该涂层材料。

机械和化学稳定性对于长期使用的材料而言至关重要。因此，为了评估彩色超疏水涂层的综合耐久性，选择了MO染色的玻璃基板进行一系列评估。对于砂纸磨损测试，将玻璃基板上的涂层面朝下放在重量为200g的800cW砂纸上，并将每10cm定义为磨损周期。在经过40m的磨损距离后，涂层仍表现出超疏水性，WCA大于150°(图19)。SEM图像(图 20)表明，在进行耐磨性测试之前，涂层已与基材紧密结合。在耐磨试验后，尽管表面形态略有变化，但是超疏水性几乎不变。为了进行水流冲击试验，将涂覆玻璃放置在距喷枪垂直距离10cm处，在200kPa水压下的水冲击速度为～14.6m/s(图21)。水冲击20min后，涂层的颜色和超疏水性没有明显变化，表明涂层具有出色的耐水性。

除了机械稳定性外，还通过酸，碱和盐腐蚀以及紫外线照射来评估涂层的化学稳定性。如图22所示，将不同的酸，碱和盐液滴沉积在涂覆玻璃上，每5min测量一次WCA。30min后WCA仍超过150°。同样，涂层可以承受其他具有不同pH值的液滴(图23)。通过盐雾试验进一步研究了涂层的耐盐性。经过24小时的盐雾测试，原始铝板的表面被严重腐蚀，而MO超疏水涂层的整个表面没有被腐蚀，并且颜色和超疏水性也没有显著变化，表明该涂层具有优异的耐盐性，在海洋保护中显示出巨大应用潜力(图24)。此外，将涂覆玻璃暴露于365nm紫外光300min后，MO染色涂层的WCA和颜色几乎没有变化，这表明该涂层在暴露于紫外光下不易褪色并表现出显着的抗紫外线性(图25)。

考虑到彩色超疏水涂层在润湿性，基材适用性，机械和化学稳定性方面的综合优势，进一步提出了彩色超疏水涂层在现实生活中的简单应用。首先，将不同颜色的悬浮液用作颜料。通过用画笔在原始的画布，纸张，木材和陶瓷上绘画来获得各种图案。如图26a-d所示，画布上的“荷花”，纸上的“牵牛花”，树林上的“中国古代服饰”和“色彩缤纷的陶瓷”显示出鲜艳的色彩和生动的外观。可以看到，水滴以球形状态立在涂层表面上，表明所有绘制的图案均显示出优异的拒水性。这项工作表明，彩色超疏水涂层也可以像颜料一样涂在基材上。因此，该彩色超疏水涂料将有望作为一种新型的防污涂料用于各种基材上的绘画，并在艺术品修复中具有巨大的应用潜力。

实施例3涂层液及超疏水涂层的制备

其他同实施例1，对超疏水涂层的组分进行了研究。不同之处在于，不包括染料，其制备方法中不包括染料制备成悬浮物的过程。

在超疏水涂层的制造过程中，采用了多级粗糙度构造和多氟化方法。分别使用微米/纳米尺寸分别为25μm，400-800nm，10μm和100nm的纤维素，壳聚糖，沸石和PTFE的微纳米微粒来构建多级粗糙结构；试验了去除某种组分的混合。比如，在最佳比例(纤维素/ 壳聚糖/沸石/PTFE/FAS/AS─0.6g/0.4g/0.3g/0.7g/800μL/2mL)的条件下去除某种组分，结果如表2所示。

表2不同组分的探究。

由表2可知，FAS提供了较低的表面能，不添加FAS的情况下，WCA只有78°。微纳米粒子，在涂层的制备中起到提供不同粗糙度的作用，不添加粒子就没有粗糙度，只依靠 800μL的FAS很难达到疏水的状态。值得一提的是，PTFE不仅提供了粗糙度，而且还提供了氟链以降低表面能。只有三种微纳米粒子的接触角都小于150°，不是超疏水状态；不添加AS的虽然接触角在158°，但是没有粘性(如表5)，不能涂覆到基底上，没有实际应用价值。

由表2可知，不添加染料的涂层疏水性也很好，而且因为添加的染料的质量控制在0.3g, 添加染料之后的彩色涂层的疏水性与不添加染料的涂层的疏水性没有差别，染料的加入并不影响疏水性。

实施例4

其他同实施例3，不同之处是，FAS提供低表面能，控制纤维素，壳聚糖，沸石和PTFE四种粒子的比例为1：1：1：1(保持四种粒子的总质量为2g)，通过调节添加FAS的用量来获得最佳FAS用量，FAS的用量包括65μL、325μL、585μL、800μL、900μL和1000μL (单位为：μL)。数据如下表3：

表3FAS添加量的探究

可以观察到，其疏水性递增且在800uL达到最佳接触角，而且接触角大小与FAS用量 900μL和1000μL用量基本持平，所以本着节省成本的原则，选择800uL添加量为FAS的最终用量。

实施例5

其他同实施例3，不同之处是，保持四种粒子的总质量为2g，FAS的最佳用量为800uL 的前提下，不添加另外两种粒子，仅改变纤维素(Cell-OH)和壳聚糖(CS)的比例，结果如下：

表4纤维素和壳聚糖添加量的探究

通过上述实验得出，纤维素和壳聚糖的最佳比例为0.6：0.4。纤维素和壳聚糖的比例为 (0.5-0.9)：(0.5-0.1)之间，均有较大的接触角。

实施例6

表5沸石和PTFE添加量的探究

其他同实施例3，不同之处是，保持四种粒子的总质量为2g，FAS的最佳用量为800uL 的前提下，纤维素和壳聚糖的比例为0.6：0.4(即纤维素0.6g，壳聚糖0.4g)；改变沸石和聚四氟乙烯的添加量，结果见表5。通过上述实验得出，沸石和聚四氟乙烯的最佳比例为0.3：0.7。沸石和聚四氟乙烯的比例为(0.2-0.4)：(0.8-0.6)之间，均有较大的接触角。

通过上述实施例3-6可知，在保持四种粒子的总质量为2g的前提下，通过以上实施例 2-4可以得出，纤维素，壳聚糖，沸石、聚四氟乙烯的最佳质量比为0.6:0.4：0.3:0.7。FAS的最佳添加量为800uL。

实施例7

其他同实施例3，不同之处是，在保持四种粒子的总质量为2g的前提下，纤维素，壳聚糖，沸石、聚四氟乙烯的最佳质量比为0.6:0.4：0.3:0.7。FAS的最佳添加量为800uL。研究AS的添加顺序；首先固定AS的添加量为1mL，并在将其分别在FAS加入之前和之后再加入，探究AS的加入顺序对涂层的粘附性影响。通过对比实验得出，AS的添加顺序在 FAS之后会使得涂层更有粘附性。因此，确定AS的添加顺序在FAS之后。

先加入AS会导致悬浮液交联，形成尺寸在1×2cm左右大小的块状颗粒，从而无法喷涂至基底，失去性能。

实施例8

其他同实施例3，不同之处是，在保持四种粒子的总质量为2g的前提下，纤维素，壳聚糖，沸石、聚四氟乙烯的最佳质量比为0.6:0.4：0.3:0.7。FAS的最佳添加量为800uL。研究AS的用量。AS的用量包括包括0.5mL、1.5mL、2mL和2.5mL。在用量由0.5mL增加至2mL时，涂层的粘附性逐渐增强，而增加至2.5mL时，涂层的疏液性则减弱，所以选择最终用量为2mL。

表5 AS添加量的探究

通过以上实施例4-8确定纤维素，壳聚糖，沸石和聚四氟乙烯以及FAS、AS的比例，即得到本工作超疏水涂层的最佳用量比。

实施例9

其他同实施例1，不同之处是，在保持四种粒子的总质量为2g的前提下，纤维素，壳聚糖，沸石、聚四氟乙烯的最佳质量比为0.6:0.4：0.3:0.7。FAS的最佳添加量为800uL。。 AS的用量为2mL；对染料的比例进行探究。

采用亚甲基蓝、甲基橙和罗丹明B为三种主要染料，利用三原色染色法即可得到无限种颜色。

其中在染色过程中，为了获得多种多样的颜色，我们把甲基橙、甲基蓝、玫瑰红作为三原色，将单一染色法以及混合染色法并行，得到以下几种染色过程：

(1)保持加入的染料的总质量为0.03g，加入单一的甲基橙(或甲基蓝/玫瑰红)染料，可以得到黄(或蓝/红)色的悬浮液。

(2)保持加入的染料的总质量为0.03g，加入其中两种或三种染料，通过调节两种或三种染料的质量比可以得到不同颜色的悬浮液。

(3)选择以上某种颜色配比，保持其染料的质量比不变，减少染料的总质量，即可得到不同颜色梯度的悬浮液。

总而言之，一系列以纤维素和壳聚糖为原料的彩色超疏水涂层，可以粘附到各种基材上。这些涂层的颜色可以通过简单地控制三种主要染料的比例和浓度来获得。通过喷涂，浸涂和绘画等方法，彩色的超疏水涂层可以高度粘附于软硬基材(玻璃，铝片，木材，棉织物和瓷砖)。该超疏水涂层具有出色的机械和化学稳定性，可以承受砂纸磨损，胶带剥离循环，盐雾测试以及紫外线照射等。此外，该涂料还作为一种新型颜料用于不同基材上的绘画。涂层的超疏水性和环境耐久性可以延长艺术品的防腐时间。因此，彩色超疏水涂层在艺术品或工艺装饰设计的维护中有望展现出广阔的应用前景。