Page 45 - 《精细化工》2020年第5期

第 5 期 廖正芳，等: 基于单宁酸制备可喷涂超疏水材料 ·895·

1.3.4 耐磨性测试 较少一部分粒子在 2~7 μm，整体粒径分布很宽，粒
对玻璃片用 1 g/L 的喷涂液进行喷涂，使得其 子尺寸相差很大。插图是浓度相同的两种粉末喷涂
WAC 在 150.0°以上。然后将玻璃片倒扣在粒度为 液在载玻片喷涂后的接触角图片，接触角分别为
2000 目的砂纸上，并在玻璃片上放置质量为 50 g 的 153.5°和 139.5°。由此可见，m-TA- Si-gel 更容易构
砝码。将玻璃片沿着直尺在砂纸上水平推移 100 mm， 建一个超疏水表面。
再次测量该玻璃片的 WAC。然后用同样的方式在砂 对于以上结果，我们推测，当 TEOS 水解后形
纸上再次推移 100 mm，重复上述操作至玻璃片在砂 成的二氧化硅在碱性条件下聚合时，由于有 TA 这
纸上的摩擦距离达到 1000 mm，测量完 WAC 后，在 个致孔剂的存在，使其形成了介孔二氧化硅纳米
玻璃片上重新喷涂一层喷涂液（1 g/L），再次测量 粒子，TA 可以在孔内自组装为支化形的超分子结
WAC。 构 [21] 。相对于实心的二氧化硅纳米粒子，介孔型
的二氧化硅纳米粒子结构更疏松，所以更易被研磨
2 结果与讨论 成更小的纳米粒子；而且比表面积更大，能与更多
的 HMDS 反应，接枝更多的甲基。另外，TA 含有
2.1 形貌表征
大量的酚羟基，也可与 HMDS 反应生成三甲基芳氧
首先，为了探究本实验中 TA 在制备超疏水硅
基硅烷，从而进一步提高了改性效率，降低了粒子
凝胶中的作用，分别对 m-TA-Si-gel 和 m-Si-gel 粉末
的表面能。
的乙醇分散液做了 DLS 分析，结果如图 1。 采用 SEM 对 m-TA-Si-gel 粉末进行进一步的表

征，如图 2 所示。可以看出，m-TA-Si-gel 由尺寸
较为均匀的二氧化硅纳米球组成较大的粒子，所以
使得材料具有粗糙的微纳结构，这也与 DLS 数据
相一致。

图 2 m-TA-Si-gel 粉末的场发射扫描电镜图像
Fig. 2 SEM image of m-TA-Si-gel powders

2.2 涂层性能表征
首先以玻璃为喷涂表面，探究了喷涂液（1 g/L）的
喷涂层数与疏水性之间的关系，结果如图3a 所示。

玻璃片的疏水性随着喷涂层数的增大而明显增大，
图 1 m-TA-Si-gel（a）与 m-Si-gel（b）粉末的水合粒径分
喷涂三层以后即可达到 153.0°成为超疏水表面，并
布图，插图是 10 μL 水滴在喷涂后载玻片上的接触角
图片 且不再随着喷涂层数的增加而发生明显的变化。若
Fig. 1 Particle size distribution of m-TA-Si-gel (a) and 将喷涂液浓度增大为 4 g/L，喷涂一层即可达到
m-Si-gel (b) hydrated particles (The insert pictures 153.5°，但受喷涂工具影响，一次喷涂构成的超疏
are WCA of 10 μL water droplets on the coated
slide.) 水表面涂层分布不均，因此，使用多次喷涂的方
法。图 3b 显示，玻璃片上具有 6 层喷涂液（1 g/L）
从图 1a 可见，m-TA-Si-gel 粉末所有粒子的水 表面（左）和未处理表面（右）的透明性几乎没有
合粒径均在 300 nm 以下，大部分粒子在 25~80 nm， 差别，丝毫不影响阅读纸上的图案。该涂层的良好
整体粒径分布较窄。而 m-Si-gel 粉末的粒径分布图 透明性，不仅是因为涂层薄，还在于所合成的超疏
如图 1b 所示，其中较多一部分粒子在 30~110 nm， 水喷涂材料本身颜色浅。