Page 216 - 精细化工2020年第2期
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·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
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