超疏水硅橡胶涂层的制备_齐连怀
DOI:10.14136/j.cnki.issn1673-2812.2014.02.014
第32卷 第2期Vol.32 No.2材 料 科 学 与 工 程 学 报
JournalofMaterialsScience&Enineerin gg总第148期
Ar.2014p
()文章编号:28020473122014027216---
超疏水硅橡胶涂层的制备
齐连怀,杨清香,汤 凯,张 翔,郝 营,刘苗苗,陈志军
)(郑州轻工业学院材料与化学工程学院,河南郑州450001
摘 要】并研究了配比、温度、时间和溶剂对涂层 【 采用相分离的方法制备了超疏水硅橡胶涂层,
进行了形疏水性能的影响。采用接触角测试仪对涂层和粉末的疏水性进行了测试,用扫描电镜(SEM);即使涂层变成粉末,貌表征。结果表明:在一定的条件下,接触角最高可达1仍然具有非常好的5.14°5并且表面有大量的微纳突起结构。疏水性;SEM测试表明材料是多孔的,
【关键词】相分离;硅橡胶 超疏水;中图分类号:637TQ
文献标识码:A
PearationofSuerhdrohobicSilasticCoatinr ppypg
,,,,huxiILiinanaiYANGanTANGKaiZHANGXian-- QQggg
,,unHAOYinLIU MiaoaoCHENZhii-m- jg
,,)(lleeofChemicalEnineerinandMaterialsScienceZhenzhouUniversitofLihtIndustrZhenzhou450001,ChinaCo ggggygyg
【】,Abstractrearedbaphasesearationmethodandthefactorsthatuerhdrohobicsilasticcoatinswere S ppyppypg
,,roertiessuchasformulatemeraturereactiontimeandsolventswereinvestiated.Theinfluencehdrohobic pppgyp
roertiesandmorholoofsilasticcoatinsweremeasuredbacontactanletesterandSEM,hdrohobic pppgygygyp ;Hresectivel.Theresultsshowthatthewatercontactanlecanbeutothemaximumvalueof155.14°drohobic pygpyp
;owdersScanninelectronmicroscoSEM)testsshowroundintoroertieskeeoodalthouhthecoatinwas pgpy(gpppggg naorousandmanmicrothesilasticcoatinisrotrudinstructuresexistonthesurface.no- pygpg
】【;;siKewordsuerhdrohobichasesearationlastic S pypppy
行修饰成膜,制备出高性能的微/纳米双尺度细观结构
1 前 言
低表面能涂层是近年来快速发展的一类表面工程涂层体系,与底材具有良好的结合力,综合性能优异,
1]2]3]
、防污[和防冰[等方面有广泛的在防海生物污染[
6]
采用化学刻蚀的方法在铝合金不粘薄膜,杨保平等[
基体上构筑出微纳米结构,并用乙基三氯硅烷进行硅烷化处理,制备出具有超疏水性质的表面。在超疏水
7,8]
利用聚合物在同一种溶剂表面制备上,谢琼丹等[
中溶解度不同的原理,得到了表面具有类似荷叶的微
[]
米-纳米双元结构的涂层。Fe′chet等9人用两种高r
应用。低表面能防污涂料由于独特的防污机理而越来越受人们重视,其中氟化物系列涂料的防污性能较好,但价格昂贵,有机硅系列涂料价格低于氟涂料,但其防
4]
。污性能较差[
5]
采用化学腐蚀和阳极氧化的手段在金耿兴国等[
分子单体在致孔溶剂里共聚,利用生成的共聚物发生相分离制备出了超疏水多孔聚合物,并且将聚合物磨成粉末涂到一基体表面上,仍然能够赋予该基体表面
[0]
将聚二甲基硅氧烷前驱体和纳米超疏水性。Fu等1
属表面构建出类荷叶表面的结构,并用氟硅烷对其进
;修订日期:收稿日期:1029123013132020----
)基金项目:国家自然科学基金资助项目(20976168;21271160
,作者简介:齐连怀(硕士研究生,研究方向为高分子复合材料。190-)9
二氧化硅混合涂膜,通过改变含量比实现了涂层疏水
,:。博士,教授,通讯作者:陈志军(从事高分子功能材料及复合材料研究。E-ma63-)ilmcchenzzuli.edu.cn19@zj
第32卷第2期齐连怀,等.超疏水硅橡胶涂层的制备·273·
[1]性的调节。L将氟硅烷改性的纳米粒子、聚二n等1i
甲基硅氧烷和氟硅烷三乙酯混合反应,制备了交联的弹性体复合物,并且耐酸碱,抗应力。虽然这些方法都能得到很好的超疏水效果,但在实际应用中仍存在应用范围受限、工艺复杂等问题,本文将硅橡胶和含氟硅氧烷在溶剂中进行交联缩聚,利用相分离制备出了超疏水硅橡胶涂层,方法简单实用,不仅赋予了硅系列和氟系列涂料的优点,而且涂层粉末仍然具有很好的疏水效果,扩大了应用前景。
图1是在50℃下 表1是各涂层中原料的质量比,
放置七天后的样品接触角随组分变量的变化图。图1()是羟基氟硅氧烷对涂层接触角的影响曲线,由图中a可知,随着含量的增大,接触角先增大后减小,最大值。这是由于低分子链物质聚合成长链后,链上3.79°14
含氟基团比例增大,使疏水性变好,因此随着含量的增大,材料的疏水性在变好,但是若含量进一步增大,其聚合不完全,就会导致大量的羟基存在,反而使材料的是正丁醇对涂层接触角的影响疏水性下降。图1(b)曲线,由图可知随着正丁醇含量的增大,接触角先增大。这是由于随着正丁醇含后减小,最大达到12.69°4量的增加,大分子出现相分离的的现象明显,当其挥发之后,材料表面形成的孔就多,而且正丁醇一定程度上
Variables
2 实验部分
2.1 试剂与仪器
):汕头市华隆化工模具硅橡胶(ldablesilasticMo ):厂;羟基氟硅氧烷(上oxfluorosilicone320cHdryp,y
海硅山高分子材料有限公司;正丁醇(正己烷、环己:烷)天津市风船化学试剂科技有限公司;正硅酸乙酯):(阿拉丁;二月桂酸二辛基锡:塞恩化学技术OSTE(上海)有限公司;试剂均为分析纯。台式匀胶机:中国科学院微电子研究所;水接触角测量4A型,KW-
悬滴法,仪:上海梭伦信息科技有限公司;200B型,SL加扫描电子显微镜:6470M-90LV型,JSM-01F型,JS,速电压1日本JKvEOL公司。02.2 超疏水涂层的制备
按照一定的原料比例先将硅橡胶和羟基氟硅油混合,然后依次加入一定量的的溶剂、正硅酸乙酯,混合均匀后,加入催化剂二月桂酸二辛基锡,混合均匀;将载玻片固定于台式匀胶机上,并用3L一次性滴管吸m/取混合液在1进00rmin下逐滴滴三滴到载玻片上,0,然后将载玻片放于烘箱中干燥。行涂覆,时间1s5
表1 硅橡胶涂层的配比
,)Tble1 Formulaofsilasticcoatins(massa gg
SilasticHdroxButanolTEOSDioctltinyyy
////luorosiliconeilaurategfg/ggdg
10 10
0 1 2 3 4 5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
3 3 3 3 3 3 0 1 2 3 4 5 3 3 3 3 3
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 4 5
11111111111111111
oxHdryy
fluorosilicone
10 10 10 10 10 10
utanolB
10 10 10 10 10 10
3 结果与讨论
3.1 成分配比对硅橡胶涂层接触角的影响
TEOS10 10 10
()正丁醇;()正硅酸乙酯)羟基氟硅氧烷;图1 不同组分含量下涂层的接触角曲线(bca
);();()TFontactanlecurvesofcoatinswithdifferentcomositions(ahdroxfluorosiliconebbutanolcEOSi1 C ggpyyg
·274·
材料科学与工程学报14年4月20
促进了T也有助于分子链交联,增大表OS的水解,E面粗糙度,使材料的疏水性变好;但是当含量进一步增大时,涂层粘度降低,在一定时间内正丁醇不能挥发完全,同时又降低了链增长速率,形成长链的比例变小,相分离效果减弱,因此接触角呈现先增大后减小的趋()由图可是T势。图1OS对涂层接触角的变化图,Ec知,随着T接触角先增加后减小,但OS含量的增加,E变化幅度很小,但当交联剂的量继续增大时,大部分分子之间形成相互交叉的网络结构,长链分子减小,大分子不容易发生蜷曲形成微突起,表面粗糙度下降。2 固化时间和温度对材料疏水性的影响3.
图2是涂层在不同时间和不同温度下的接触角变()化曲线,图2是涂层在7a0℃固化下的接触角在1到综合图1,羟基氟硅氧烷∶正丁醇∶7天间的变化情况,
正硅酸乙酯∶二月桂酸二辛基锡质量选为2∶3∶4∶1。由
图可知随着时间的延长,接触角不断增大,直到渐渐稳定。这可能是由于涂层表面层的溶剂挥发相对内部快,表层固化加快,并且因为致孔剂的存在发生相分离,在溶剂挥发后形成空洞。随着时间的延长,涂层内部溶剂慢慢挥发,内部多孔结构生成,使材料的疏水性更好。因此,随着时间的延长,涂层表面的接触角先增显示的是样品接触角随固化温度大后稳定。图2(b)的变化情况,原料比例同上,样品恒温一周后进行测试。从图中可以看出,随着温度的升高,接触角逐渐增大,即材料的疏水性逐渐变好。其中在50℃、0℃~7材料的接触角增加的幅度超过了样70℃~90℃之间,品在3可能是因为温度0℃之间的接触角变化,0℃~5的升高增加了催化剂的活性,链生长速率加快
。
))图2 不同时间(和不同温度(下涂层的接触角曲线ab
))ontactanlecurvesofcoatinswithdifferent(adasand(btemeraturesFi2 C ggypg
3.3 不同溶剂对材料疏水性能的影响
表2是三种溶剂条件下涂层的接触角,原料比例样品在5同3由表可知正2节,.0℃下恒温一周时间,,环己烷己烷做溶剂的涂层接触角最大,达到10.09°5次之,但相差不大,正丁醇最差。这可能是由于正己烷挥发性更强并且为非极性溶剂,而且与溶剂本身就具有一定的疏水性有关。
表2 不同溶剂制备的涂层接触角
Table2 Contactanlesofcoatinswithdifferentsolvents gg
lventSo /()Contactanle° g
Butanol 143.31
Cohexanecl y149.47
Hexane150.09
),粉末的接触角(图3并对粉末的形貌进行了扫描电d),镜表征(图3图片标尺长度是1cm。SEM扫描结μ果表明:材料结构为多孔结构,且表面有大量的微突起;粉末表面由许多微纳米突起结构构成,水珠滴在上面可以形成圆球状维持自身的稳定状态,另外涂层含有氟基团,具有低表面性质,这也是使涂层具有较好的疏水性的一个重要因素。接触角测试表明涂层虽然常下降为温放置半年,但接触角只是从原来的10.09°5,变化不是特别大,而且粉末测试接触角为5.05°14
,与粉末前的变化不大。4.06°14
3.4 涂层的表面性质表征
(,)图3是在室内常温放置半年后的涂层表面ab扫描电镜图片和接触角图片,图片标尺长度是10m,μ溶剂变换成正己烷,涂层原料比例同3样品在2节,.50℃恒温一周。然后我们将涂层从载玻片上刮下来,磨成表面平整的粉末层,并用双面胶粘上,测试了涂层
4 结 论
本文通过相分离法制备了超疏水硅橡胶涂层,结果表明,当硅橡胶∶羟基氟硅氧烷∶正丁醇∶正硅酸乙并且在9酯∶催化剂质量比为1∶2∶3∶4∶1,0℃恒温一0
;同时,用环己烷或正己烷周时,接触角达到15.14°5做溶剂制备的涂层比正丁醇的涂层有更好的疏水性;
第32卷第2期
齐连怀,等.超疏水硅橡胶涂层的制备·275·
),)和接触角图片(图3 涂层表面和涂层粉末的扫描电镜图(b,dac
)())FEMimaesofcoatinaandowderscandcorresondincontactanles(b,di3 S gg(ppggg
即使将涂层磨成粉末,粉末仍然表现出良好的疏水性;表面有微纳米突起结构,SEM表明涂层为多孔结构,加上含氟基团的存在,使得涂层具有超疏水性质。
参
考
文
献
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