Page 216 - 精细化工2020年第2期

·418· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

起伏较大，有明显的峰和谷结构，粗糙度变大， 剂修饰后涂层的水接触角。
RMS=54.00 nm，因此其水接触角较大。 从图 10 可以看出，相似结构的硅烷偶联剂是否

含有氟元素对涂层水接触角的大小起关键作用。其
中，F1 修饰的涂层的水接触角大于 Me 修饰的涂层
的水接触角，DF1 修饰的涂层的水接触角大于 DMe
修饰的涂层的水接触角。同类直链型或支链型系列
含氟硅烷偶联剂，随着氟含量增大，水接触角均逐
渐变大。十七氟癸基三甲氧基硅烷偶联剂修饰的涂
层分子结构中含有长氟碳链，氟含量最多，因此水
接触角最大，达到 151.0°。所合成的含氟硅烷偶联剂
中，DF3 修饰的涂层的水接触角最大，达到 141.6°。

图 9 未添加 KH550(a)和添加 KH550(b)涂层的 AFM 图
Fig. 9 AFM images of coatings: (a)without KH550, (b)with
KH550

SEM 和 AFM 表征结果表明，KH550 的加入使 图 10 硅烷偶联剂对涂层疏水性能的影响
纳米二氧化硅溶胶发生团聚，形成微米级的团聚体， Fig. 10 Contact angles of coatings modified by different silane
从而涂层具有微米-纳米结构，增大涂层的表面粗糙 coupling agents

度。其原因是 KH550 在酸性条件下发生部分水解缩 对比两种不同结构类型的含氟硅烷偶联剂可以
合形成聚合物长链结构，这种结构包裹在纳米二氧 发现，DF1 和 F2 两种含氟硅烷偶联剂相对分子质量
化硅周围，通过氢键或者长程力来增加聚合物分子 接近，分子结构中氟原子数相等，但是 F2 修饰的涂
之间的吸引力，使胶体颗粒发生聚集 [15] 。 层水接触角要大于 DF1 修饰涂层的水接触角，这可
2.4 涂层的疏水性能 能是因为 F2 为直链型结构，而 DF1 呈支链型结构，
将添加 KH550 的酸性硅溶胶旋涂在玻璃片上 位阻较大，其分子排列无序性增大 [16] ，分子间交联
形成涂层基底，之后再分别将合成的 9 种硅烷偶联 度减小，导致水接触角减小。
剂以及十七氟癸基三甲氧基硅烷配制成 10 mmol/L 2.5 涂层的附着力和硬度
的硅烷三氟甲苯溶液，将涂层基底置于其中，室温 对不同硅烷偶联剂修饰得到的疏水涂层分别进
下组装 24 h，得到疏水涂层。图 10 为不同硅烷偶联 行附着力测试和硬度测试，结果如表 4 所示。

表 4 涂层的附着力、硬度和透过率
Table 4 Adhesion level, hardness and transmittance of coatings
7Me Me DMe F1 F2 F3 DF1 DF2 DF3 17F
附着力等级 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
硬度等级 H H H H H H H H H H
透过率/% 85.55 85.50 85.39 85.18 84.94 84.03 84.55 83.39 82.93 85.26

附着力测试结果显示，涂层附着力等级均达到 具有一定的粘附性。随后将涂层在高温下进一步固
1 级，附着力良好。二氧化硅溶胶中，加入少量醋 化，使硅溶胶颗粒的羟基与载玻片表面的羟基充分
酸和 KH550，一部分 KH550 在酸性条件下对纳米二 缩合，增强结合能力。而利用硅烷偶联剂对涂层基
氧化硅颗粒进行了改性，剩余部分则自缩聚成聚合 底进行修饰，不会破坏涂层的结构，因此涂层的附
物长链结构，包裹在纳米二氧化硅粒子周围，使得 着力均达到 1 级。
纳米二氧化硅团聚成网络状结构，成膜性更好 [15] 。 硬度测试结果显示涂层硬度均达到 H。涂层的
酸性硅溶胶首先经过匀胶机旋涂在玻璃片表面，已 硬度与二氧化硅颗粒的交联密度有关。涂层在高温