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·1336· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

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空气中的水分。在 2800~3000 cm 的一系列小峰对 匀性，粗糙三维网络的连续性和整体性，进而提高
应于—CH 3 中的 C—H 对称伸缩振动和不对称伸缩 了涂层表面的疏水性能。此外，Cassie-Baxter 超疏
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振动。对于谱线 c，在 1102 和 472 cm 处分别存在 水模型 [16] 可以很好地描述这种纳米 SiO 2 与硅酮胶
Si—O—Si 的伸缩振动和弯曲振动强吸收峰，说明复 形成的微纳米复合结构，大量的微纳米级孔隙结构
合涂层仍以 Si—O—Si 为主链结构。相比于谱线 b 如同模型中整齐排列的凹槽，其中所捕获的空气在
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中 1105 cm 处的 Si—O—Si 伸缩振动峰略微发生了 粗糙结构表面形成的一层薄“空气垫”能够托起水
红移，且吸收峰强度增强，说明硅酮胶的加入生成 滴，使其无法渗透到涂层的内部，因而表现出超疏
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了更多的 Si—O—Si 键 [15] 。804 cm 处的强吸收峰 水的性质。
是由于 Si—CH 3 伸缩振动引起的。此外，在 698 和
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665 cm 处存在 Si—C 对称伸缩振动峰，这归属于
硅酮胶中聚二甲基硅氧烷(PDMS)特征吸收峰。以上
分析结果表明，Si—O—Si 和 C—H 基团为 SiO 2 /硅
酮胶复合涂层中所含有的主要基团。

图 1 硅酮胶(a)、纳米 SiO 2 (b)、硅酮胶/SiO 2 的红外光谱图(c)
Fig. 1 FTIR spectra of silicone sealant (a), nano-SiO 2 (b)

and SiO 2 /silicone sealant (c) SiO 2 质量分数：a—0; b—0.5%; c—1.0%; d—2.0%; e—5.0%

2.2 表面形貌分析 图 2 不同质量分数纳米 SiO 2 下的涂层 SEM 照片
Fig. 2 SEM images of the coatings with different nano-SiO 2
图 2 为不同质量分数纳米 SiO 2 下的涂层表面形 contents
貌图。如图 2a 所示，未添加纳米 SiO 2 的硅酮胶涂
2.3 润湿性分析
层表面呈现出堆叠的连续片状形态，表面粗糙结构
纳米 SiO 2 添加量对涂层疏水性的影响如表 1 所
主要由包覆着 SiO 2 颗粒的亚微米级凸起和孔隙组成，
示。从表 1 可以看出，硅酮胶涂层〔w(SiO 2 )=0〕具
并且这些粗糙结构的平均直径在 0.2~0.5 μm。如图
有一定的疏水性，这主要是因为硅酮胶中含有聚二
2b~e 所示，在添加纳米 SiO 2 后，随着溶剂的不断挥
甲基硅氧烷，它是一种常见的低表面能物质，从而
发，涂层表面形貌呈现出连续的多孔网络结构，这
提高了涂层的接触角。在加入疏水性纳米 SiO 2 后，
种粗糙结构是由作为骨架的微米硅酮胶和分散其周
围的纳米 SiO 2 团聚物自发形成的。当涂层中的纳米 表面能进一步降低以及大量的表面微观粗糙结构形
SiO 2 含量很少时，由 SiO 2 颗粒构成的纳米级凸起在 成导致复合涂层接触角明显增大，并且具有超疏水
体系中分散得不够均匀，凹陷孔隙分布稀疏（图 2b）。 性。此外，当纳米 SiO 2 用量在一定范围内时，随着
当纳米 SiO 2 含量较多时，更多的微纳米级凸起和孔 SiO 2 用量的增大，涂层的接触角逐渐增大，当纳米
隙形成，并且在体系中分布得更为均匀（图 2c 和 d）。 SiO 2 质量分数增至 2.0%时，接触角达到最大值，一
从图 2e 中可以看出，随着过量纳米 SiO 2 的加入，大 方面由于增多的 SiO 2 提供了更多的疏水性—CH 3 基
量 SiO 2 颗粒发生团聚，凸起尺寸变大，孔隙数量有 团，另一方面形成了更多粗糙的微纳米凸起和凹陷
所减小，表面粗糙结构分布不均匀且部分变得平整。 孔隙结构，孔隙中形成的空气大大减小了水滴与涂
因此，纳米 SiO 2 的含量与涂层的表面形貌有着 层表面的接触面积，因此接触角会有增加的趋势。
重要联系，过多或过少的纳米 SiO 2 用量都会导致表 当纳米 SiO 2 用量继续增大，过量的 SiO 2 发生团聚现
面微纳米结构分布不均，粗糙的三维网络连续性和 象，导致微观粗糙结构分布不均匀，部分区域的微
整体性较差，从而造成涂层表面的疏水性能下降， 纳米凸起尺寸变大，孔隙结构数量减少，接触角出
而适量的纳米 SiO 2 增强了表面微纳米结构分布的均 现下降。