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德州市聚二甲基硅氧烷/MCM-41 超疏水涂層的制備與性能研究

作者:創(chuàng)始人 日期:2024-10-14 人氣:14940

聚二甲基硅氧烷/MCM-41 超疏水涂層的制備與性能研究

由于超疏水涂層表現(xiàn)出優(yōu)異的特點(diǎn)如防冰性、耐油水分離性、防霧性、自清潔性、防污性、減阻性等,從而受到了研究者們的廣泛關(guān)注。制備超疏水涂層的方案主要有2種:(1)對(duì)疏水表面進(jìn)行粗糙化處理;(2)引入低表面能材料對(duì)粗糙表面進(jìn)行疏水改性。

采用方案(1)對(duì)疏水表面進(jìn)行粗糙化處理的方法有:靜電紡絲法、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、等離子刻蝕、溶膠-凝膠法、光刻法等。然而,以上方法存在如設(shè)備成本昂貴、工藝復(fù)雜、對(duì)操作技術(shù)要求較高等缺點(diǎn)。

為了克服上述問(wèn)題,研究者們通常采用方案(2)即引入低表面能材料對(duì)粗糙表面進(jìn)行疏水改性,通常采用化學(xué)改性如接枝的方法引入有機(jī)硅或有機(jī)氟官能團(tuán),使其與二氧化硅納米顆粒(SiO2 NPs)通過(guò)化學(xué)鍵進(jìn)行結(jié)合,得到具有疏水功能的SiO2 NPs,隨后通過(guò)樹(shù)脂基體、化學(xué)吸附或物理吸附使功能化的SiO2 NPs與基體牢牢結(jié)合形成超疏水涂層。Tian等通過(guò)引入1H,1H,2H,2H-全氟十二烷基三乙氧基硅烷(PFDTES)對(duì)SiO2 NPs進(jìn)行改性,通過(guò)官能團(tuán)接枝實(shí)現(xiàn)化學(xué)結(jié)合,但是此方法引入了氟化官能團(tuán),可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染,且采用了較為復(fù)雜的化學(xué)接枝方法,制備工藝較為繁瑣。Sun等采用兩步法對(duì)SiO2 NPs進(jìn)行疏水改性,首先用乙烯基三乙氧基硅烷(VTEOS)對(duì)SiO2 NPs進(jìn)行改性,隨后使硅烷改性的SiO2 NPs和苯乙烯(St)進(jìn)行反應(yīng),使St上的一些疏水官能團(tuán)接枝到SiO2 NPs顆粒上實(shí)現(xiàn)疏水改性。然而,此方法較為繁瑣(需要兩步改性),不適合批量生產(chǎn)及大規(guī)模應(yīng)用。Seyfi等采用了簡(jiǎn)單的噴涂法制備了彈性聚氨酯(TPU)/改性的SiO2 NPs超疏水涂層,但是也引入了較為復(fù)雜的接枝方法,所制備的涂層力學(xué)性能較差且需要高溫固化,對(duì)能源形成了浪費(fèi)。Wang 等設(shè)計(jì)了一種改善超疏水涂層耐磨性的方案,通過(guò)引入硅氧烷單體將SiO2 NPs進(jìn)行包覆,形成復(fù)雜網(wǎng)狀顆粒結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)SiO2 NPs的疏水化改性,之后將其與聚甲基氫硅氧烷(PMHS)混合制備超疏水涂層,該涂層可以耐150周期的磨損試驗(yàn)和500次膠帶剝離試驗(yàn)。然而此方法依然采用了接枝的方法對(duì)SiO2 NPs進(jìn)行改性,且需要高溫固化。通過(guò)上述研究可以看出,普通的SiO2(無(wú)孔SiO2)的改性方法僅限于化學(xué)接枝法。

基于無(wú)孔SiO2改性的局限性,本研究引入了介孔SiO2納米顆粒(MCM-41)。MCM-41具有比表面積大(900 m2/g)、內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)(孔徑2~20 nm)的特點(diǎn),在催化劑載體、生命醫(yī)學(xué)、載藥等方面已得到應(yīng)用,但在超疏水方面鮮有應(yīng)用。

本研究提出了一個(gè)簡(jiǎn)單易行且可大規(guī)模應(yīng)用的制備超疏水涂層的方法:首先,利用MCM-41內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)、極大的比表面積(>900 m2/g)及強(qiáng)吸附性等特點(diǎn),采用真空負(fù)壓法將低表面能的PDMS載入MCM-41中,制得疏水改性的MCM-41(MCM-41/PDMS);隨后,使用共混法將MCM-41/PDMS、環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑和稀釋劑進(jìn)行混合制得超疏水涂料;后,采用簡(jiǎn)單的噴涂法將涂料噴涂在基底表面形成環(huán)氧/聚二甲基硅氧烷/MCM-41超疏水涂層。此外,通過(guò)調(diào)整MCM-41/PDMS和環(huán)氧樹(shù)脂的配比,得到了的疏水性和附著力的佳平衡,并對(duì)該配方下的超疏水涂層進(jìn)行機(jī)械耐久性測(cè)試如耐膠帶剝離測(cè)試和耐磨性測(cè)試。


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