Page 213 - 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 ·415·

旋涂完毕后，将载玻片置于 150 ℃下热处理 2 h，再
于 300 ℃下热处理 0.5 h，制得疏水涂层基底。
将不同的硅烷偶联剂配制成 10 mmol/L 的硅烷
偶联剂三氟甲苯溶液，将固化好的疏水涂层基底置
于其中，室温下组装 24 h。用三氟甲苯清洗载玻片，
洗去表面多余的偶联剂。随后将修饰后的载玻片放
入烘箱中，于 150 ℃条件下热处理 1 h，得到疏水涂

1.2.5 七甲基三硅氧烷偶联剂的合成 层。疏水涂层的制备示意图如图 1 所示。
将常规的七甲基三硅氧烷偶联剂作为对比。合 另外，分别将未添加 KH550 和经 KH550 改性
成路线如下所示。 的酸性硅溶胶旋涂在玻璃片表面形成涂层基底，再
利用常用的疏水处理剂十七氟癸基三甲氧基硅烷修
饰基底表面，得到疏水涂层，用于考察 KH550 对涂
层表面形貌及疏水性的影响。

氮气保护下，在 100 mL 三口烧瓶中加入 0.06 mol

（8.88 g）VTMS、15 g 甲苯以及 Pt 量为双三甲基硅 图 1 疏水涂层的制备示意图
氧基甲基硅烷物质的量 0.05‰的 Karstedt 催化剂。 Fig. 1 Schematic diagram of preparation of hydrophobic coating
当反应温度升高到 80 ℃后，利用微量进样器缓慢滴
加 0.05 mol（11.125 g）双三甲基硅氧基甲基硅烷， 1.3 表征方法
1
滴加时间为 4 h。滴加完毕后，继续反应 20 h。反应 采用核磁共振波谱仪测定 HNMR，溶剂为氘代
结束后，减压蒸馏除去溶剂和未反应的单体，得到 氯仿（CDCl 3 ），测试温度为 25 ℃。红外光谱测试
淡黄色透明液体。命名该硅烷偶联剂为 7Me。 采用傅里叶红外光谱仪经液膜法测定。相对分子质
1.2.6 纳米二氧化硅溶胶的制备 量采用凝胶渗透色谱仪测定，以 THF 为流动相，聚
将 4 mL 质量分数 30%的氨水溶于 45 mL 无水 苯乙烯（PS）为标样。接触角通过视频光学接触角
乙醇中，于 50 ℃下搅拌 10 min 使其充分混合均匀， 测量仪测定，测试温度为 25 ℃，所用水滴为 5 μL，
设置磁力搅拌速率为 500 r/min。将 3 mL 正硅酸乙 每个样品重复测试 5 次取平均值。硅溶胶粒径和粒
酯加入到氨水的乙醇溶液中，反应 1 h，制得平均粒 径分布通过纳米粒度电位分析仪测定，测试温度为
径约为 60 nm 的二氧化硅溶胶。反应完毕后，将制 25 ℃，分散介质为无水乙醇。纳米硅溶胶的形态通
得的硅溶胶倒入 250 mL 烧杯中，于通风橱中敞口磁 过透射电子显微镜进行观察。涂层的表面形貌通过
力搅拌 4 h，使得溶胶中的氨气除尽，保证溶胶的稳 场发射扫描电子显微镜进行观察，喷镀时间为 1 min。
定性。 涂层的表面粗糙度通过原子力显微镜测定。涂层的
1.2.7 二氧化硅酸性溶胶的制备
附着力按照 GB/T 9286—1998《色漆和清漆 漆膜的
取 20 g 除尽氨气后的硅溶胶，加入 0.9%（以硅
划格试验》 [13] 中的方法进行测定。涂层硬度按照
溶胶质量为基准）的 γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550），
GB/T 6739—2006《色漆和清漆 铅笔法测定漆膜硬
再加入 2 g 冰醋酸调节溶胶的 pH=5。将该酸性硅溶
度》 [14] 中的方法进行测定。涂层的透过率采用紫外-
胶于 60 ℃下磁力搅拌 30 min，使溶胶充分混合均
可见分光光度计测定，扫描波长范围 300~800 nm。
匀。将酸性硅溶胶迅速用冰水浴冷却，在超声仪作
用下超声 10 min，使其重新分散。 2 结果与讨论
另外，按照相同条件制备未添加 KH550 的二氧
化硅酸性溶胶。 2.1 硅烷偶联剂的表征
1.2.8 疏水涂层的制备 表 3 为合成的硅烷偶联剂的相对分子质量和分
利用匀胶机和经 KH550 改性的二氧化硅酸性 子量分布。由表 3 可知，硅烷偶联剂的分子量分布
溶胶在 2.5 cm×2.5 cm 大小的清洗干净的载玻片上 较窄，在 1.04~1.26 之间，表明本文合成的硅烷偶联
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涂膜。旋涂加速度为 600 r/s ，旋转速度为 3000 r/min， 剂相对分子质量大小稳定，最终制品性能也会更加
旋涂时间为 35 s。重复旋涂两次保证涂层的均匀性。 稳定。