Page 211 - 精细化工2020年第2期

第 2 期 金大钺，等: 短氟碳链含氟硅烷偶联剂及其疏水涂层的构建 ·413·

疏水自清洁涂层以其优良的防雾、防污性能， 1 实验部分
在玻璃幕墙、太阳能集热装置等方面有着诸多的应
[1]
用 。疏水自清洁涂层的制备方法有多种 [2-6] ，但大 1.1 试剂与仪器
部分制备条件复杂、繁琐，且不利于工业上大规模 三氟丙基甲基环三硅氧烷（D 3 F，质量分数
生产，而且绝大多数疏水涂层都会利用含有长氟碳 98%），常熟嘉鸿氟科技有限公司；六甲基环三硅氧
链的硅烷偶联剂对表面进行修饰 [4-6] ，引入低表面能 烷（D 3 ）、双三甲基硅氧基甲基硅烷、乙烯基三甲氧
结构来达到疏水甚至是超疏水的效果。然而，长氟 基硅烷（VTMS，质量分数 98%）、正丁基锂（n-BuLi，
碳链的硅烷偶联剂，在自然界中难以降解，容易在 在正己烷中的浓度为 2.5 mol/L），萨恩化学技术（上
生物链中积累，对人体有害 [7-9] ，而且价格昂贵，制 海）有限公司；正硅酸乙酯（TEOS，质量分数 98%）、
约了其扩大生产及利用。 Karstedt 催化剂（Pt 在二甲苯中的质量分数为 2%），
因此，通过改变硅烷偶联剂的结构或表面微观 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；四氢呋喃
（THF，质量分数 99.5%）、γ-氨丙基三乙氧基硅烷
形貌，构建兼具较高表面疏水性及可见光透过率等
[1]
性质的涂层，具有重要意义。Numan 等 采用溶胶- （KH-550，质量分数 98%）、三氟甲苯（质量分数
99%），上海麦克林生化科技有限公司；二甲基氯硅
凝胶法，以甲基三甲氧基硅烷为原料，在氨水催化
烷（DMCS，质量分数 95%），上海迈瑞尔化学技术
下制备了碱性硅溶胶，然后利用浸涂法在玻璃表面
有限公司；甲基二氯硅烷（MDCS，质量分数 98%），
镀膜。所得涂层对水的接触角达到 129，具有良好
郑州阿尔法化工有限公司；十七氟癸基三甲氧基硅
的自清洁性能，然而其对可见光波段的透过率下降
严重，只有 80%左右。Syafiq 等 [10] 将羟基封端的聚 烷（质量分数 97%），曲阜嘉业化工新材料有限公司；
其他化学试剂均购自国药集团化学试剂有限公司。
二甲基硅氧烷、氨丙基三乙氧基硅烷和 3-(2,3-环氧
Avance-400 型核磁共振波谱仪，美国 Bruker 公
丙氧)丙基三甲氧基硅烷相混合，通过浸涂法制备了
司；Nicolet5700 型傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），
透明疏水自清洁涂层。该涂层对可见光波段的透过
澳大利亚 SGE 公司；Waters 1525/2414 型凝胶渗透
率高达 90%，然而对水的接触角只有 103.9。
色谱仪（GPC），美国 Waters 公司；ZetasizerNano-ZS
相较于长氟碳链化合物，短氟碳链化合物不存
型纳米粒 度 电位分析 仪 ，英国 Malvern 公司；
在难以自然分解和易产生生物积累的问题，不会对 SU-8010 型场发射扫描电子显微镜（SEM），日本
人体造成不良影响 [11] 。针对疏水自清洁涂层使用的
Hitachi 公司；MultiMode 型原子力显微镜（AFM），
长氟碳链硅烷偶联剂价格昂贵且不环保等问题，本
美国 Veeco 公司；OCA20 型视频光学接触角测量仪，
文通过硅氢加成和阴离子开环聚合反应，以较便宜
德国 Dataphysics 公司；UV-3150 型紫外-可见分光
的 D 3 F 为原料，合成了 6 种含短氟碳链的硅烷偶联 光度计、HT-7700 型透射电子显微镜（TEM），日本
剂，同时合成了 3 种不含氟的硅烷偶联剂作为对照。 Shimadzu 公司。
采用溶胶-凝胶法制备了纳米二氧化硅溶胶 [12] ，在玻 1.2 方法
璃片表面构建一定的微纳尺度粗糙结构，再利用含 1.2.1 直链型聚三氟丙基甲基硅氧烷偶联剂的合成
氟硅烷偶联剂修饰其表面，得到疏水涂层。研究了 直链型聚三氟丙基甲基硅氧烷偶联剂通过 D 3 F
含氟硅烷偶联剂结构对涂层疏水性能、附着力、硬 的阴离子开环聚合，再与 VTMS 进行硅氢加成反应
度、透过率等的影响。 制得。合成方法如下所示。

在 100 mL 单口烧瓶中加入 0.025 mol（11.7 g） 氢呋喃加入单口烧瓶，并将单口烧瓶至于冰水浴中，
D 3 F，用氮气保护。随后用注射器将 10 mL 溶剂四 之后用注射器加入 10 mL 正丁基锂-正己烷溶液，引