Page 44 - 精细化工2019年第10期
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·2010·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                  第 36 卷

                     [1]
            重要意义 。固体表面的润湿性常由接触角或滚动
            角表征，当物体表面与水接触时所形成的接触角大
            于 150°且滚动角小于 10°时，称之为超疏水表面                 [2-4] 。
            在基体表面制备超疏水涂层的关键在于：（1）在基
            体表面构筑二元微纳米的粗糙结构                 [5-7] ；（2）用低表
            面能物质修饰以降低表面能             [8-9] 。
                 目前，通过在材料表面构筑特殊粗糙结构制备
            超疏水性材料的方法已有诸多报道，如刻蚀法                      [10] 、
            化学沉积法      [11] 、光学镀层法   [12] 、层层组装法    [13] 、等
            离子技术法      [14] 等。但这些方法工艺复杂、设备昂贵，
            并且所制备涂层的粗糙结构脆弱，耐久性和机械稳
            定性较差，制约了其在工业上的广泛应用。此外，
            还可以通过用低表面能物质修饰以降低材料表面能

            制备超疏水性材料，含氟疏水剂因具有优异的物理
            化学特性常用作低表面能的疏水剂，被用于许多材                             1   实验部分
            料疏水表面的构造         [15] 。例如，Su 等  [16] 用气相沉积法
                                                               1.1   试剂与仪器
            将 1H,1H,2H,2H-十三氟代正辛基三乙氧基硅烷沉积
                                                                   十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）、硅酸四乙
            在中空的 SiO 2 /聚二甲基硅氧烷涂层表面制备了超
            疏水性透明涂层。Yang 等          [17] 用表面沉积纳米 TiO 2         酯（TEOS）、甲基三乙氧基硅烷（MTES）、二甲基
                                                               二乙氧基硅烷（DEDMS），氨水（NH 3 质量分数
            颗粒的布条样品浸泡在 1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙
            氧基硅烷甲醇溶液中，经超声、干燥后得到具有超                             28%），上海阿拉丁生化科技股份有限公司；SiO 2
                                                               微粉（粒径 0.5~5  μm），工业级，上海凌峰化学试
            疏水性的布条样品。但是以上利用含氟低表面活性                             剂有限公司；无水乙醇、异丙醇、丙酮、醋酸，广
            物质修饰制备超疏水材料的方法因造价高、不环保                      [18]
                                                               州化学试剂厂；去离子水：自制；上述试剂均为分
            而仅停留在实验阶段，难以进一步工业化应用。基
                                                               析纯，无需进一步纯化而直接使用。Q235 钢片
            于此，廉价、无氟化且制备工艺简单是制备超疏水
                                                               （120 mm×35 mm×0.5 mm）、铝合金片（50 mm×
            涂层时应考虑的重要因素。因此，一些研究者提出采                            50 mm×1 mm）、玻璃片经过砂纸（600 目）打磨和
            用含硅的低表面能改性剂制备无氟超疏水涂层                     [19-21] ，
                                                               丙酮超声清洗，烘干备用；纸片、Al 2 O 3 陶瓷片、
            但是这些人工制备的超疏水涂层材料因其耐磨损性
                                                               地板砖陶瓷均为市售产品。
            和机械稳定性较差而使用范围受限。含硅低表面能
                                                                   扫描电子显微镜（SEM）：S-4800，日本 Hitachi
            物质十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS），由于含有
                                                               公司；傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）：Nicolet 380，
            烷基长链和易水解的甲氧基团，使其对表面含有大                             美国 Thermo Fisher 公司；热重分析仪：STA449C，
            量羟基的耐磨性 SiO 2 颗粒进行疏水性改性提供了可                        德国耐驰公司；接触角测量仪：JC2000D，上海中
            能，疏水性 SiO 2 和聚有机硅烷在实际生产及生活中                        晨数字技术设备有限公司；原子力显微镜（AFM）：
            得到广泛应用，但同时用于制备耐磨性无氟超疏水                             Dimension edge，德国 Bruker 公司。
            涂层的研究还鲜见报道。                                        1.2   HDTMS 改性微纳米 SiO 2 颗粒
                 为解决制备超疏水涂层工艺复杂、耐磨损性差、                             取 90  mL 无水乙醇、10  mL 去离子水和 4  mL
            不环保等缺点，本文选用 HDTMS 改性具有耐磨性                          氨水于 250 mL 三口烧瓶中，在 40℃下搅拌 10 min，
            能的微纳米 SiO 2 颗粒，利用 HDTMS 上活性甲氧基                     随后逐滴加入 10  mL  TEOS 以 700  r/min 速率继续
            团水解后硅羟基与 SiO 2 表面上的羟基在碱性条件下                        搅拌 4 h，得到白色乳液。取 1.55 g SiO 2 微粉加入
            发生缩合反应，在 SiO 2 表面引入大量疏水性烷基长                        白色乳液中，搅拌 30 min，混合均匀后，逐滴加入
                                 [22]
            链制备疏水性改性 SiO 2          ，再将改性后微纳米尺度                1.25 mL HDTMS，继续搅拌反应 5 h，以 6000 r/min
            SiO 2 颗粒与有机硅烷混合，利用有机硅烷水解后硅                         的速率离心 10 min，用无水乙醇清洗 4 次，离心分
            羟基的活性，将改性后疏水性微纳米 SiO 2 颗粒包裹                        离后的样品于 60  ℃真空干燥箱中干燥 24 h，得到
            到有机硅聚合物中并在有机硅烷分子间产生交联，                             疏水改性微纳米 SiO 2 颗粒。
            以期在基体表面制备具有耐磨性能的无氟超疏水涂                             1.3   无氟超疏水涂层的制备
            层。无氟超疏水涂层的制备过程如下所示：                                    将 1.34 g MTES、0.74  g  DEDMS 超声分散在
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