Page 74 - 《精细化工》2020年第8期

·1572· 精细化工 FINE CHEMICALS
图 9 MF-PDMS 膜的表面自由能
Fig. 9 Surface free energies of MF-PDMS films
由图 8、图 9 可见，MF 膜的水接触角为 68.78°，
二碘甲烷接触角为 47.69°，表面自由能为 40.5
mN/m，而 MF-PDMS 膜的接触角迅速增大，表面自
由能迅 速下 降。当 PDMS-OH 用量为 1% 时，
MF-PDMS-01 膜的水接触角为 91.81°，二碘甲烷接
触角 61.35°，表面自由能降至 28.1 mN/m，色散分
量从 28.7 mN/m 降至 25.4 mN/m，极性分量从 11.8
mN/m 降至 2.7 mN/m。继续增加 PDMS-OH 用量，
接触角增加不明显，表面自由能降低较小。
MF-PDMS 中由于接枝共聚了 PDMS-OH，同时
分子中亲水的羟甲基 CH 2—OH 和亚氨基—NH—数
量减少，降低了材料表面的极性 [31] ，使材料的表面
[5]
自由能降低 ，水接触角增大；Si 在树脂固化过程
中向材料表面迁移并富集，使材料的疏水性能迅速
提高。在 PDMS-OH 用量仅为 1%时，MF-PDMS 膜
的水接触角已超过 90°。当 PDMS-OH 用量为 3%时，
膜的水接触角达到 97.51°，与目前研究的结果
较，PDMS-OH 用量较低时，MF-PDMS 膜即达到较
好的疏水效果。
2.5 MF-PDMS 膜的吸水性
MF 和 MF-PDMS 膜的吸水质量分数如图 10
所示。
图 10 MF-PDMS 膜的吸水质量分数
Fig. 10 Water adsorption mass fractions of MF-PDMS films
第 37 卷
由图 10 可见，当 PDMS-OH 用量为 1%时，
MF-PDMS-01 膜吸水质量分数从 MF 的 6.71%降至
2.83%、NaCl 溶液中的吸水质量分数从 MF 的 7.02%
降至 3.51%，继续增加 PDMS-OH 的用量，膜的吸
水质量分数变化较小。原因在于固化过程中 Si 向
MF-PDMS 材料表面迁移并富集，使材料的表面自
由能降低、疏水性能增强，因此，MF-PDMS 在
PDMS-OH 的用量为 1%时即可有效降低材料的吸水
质量分数。
2.6 MF-PDMS 的热学性能
MF 和 MF-PDMS 的 TG、DTG 如图 11 所示。
图 11 MF-PDMS 的 TG 与 DTG 曲线
Fig. 11 TG and DTG curves of MF-PDMS
由图 11 可见，MF-PDMS 的第一阶段热失重在
50~180 ℃，MF、MF-PDMS-01 和 MF-PDMS-03 树
脂质量损失率分别为 2.76%、1.30%和 0.91%，可能
是材料在 160 ℃时固化后残留少量羟甲基（亲水基
团），使材料放置过程中吸收空气中的水，同时残
[10-13] 比 留的少量羟甲基在温度大于 160 ℃后继续交联脱
水导致失重；第二阶段失重在 180~350 ℃，MF、
MF-PDMS-01 和 MF-PDMS-03 的质量损失率分别为
8.51%、7.74%和 7.63%，是材料中的亚甲基醚键
（—NH—CH 2 —O—CH 2 —NH—）在 180 ℃以上部
分转化为亚甲基键（—NH—CH 2 —NH—）并释放甲
醛 [32] 所致；第三阶段是在 350~400 ℃的快速失重，
MF、MF-PDMS-01 和 MF-PDMS-03 材料的质量
残余率分别为 56.63%、40.51%和 33.43%，主要是
材料中亚甲基键、亚甲基醚键断裂引起材料分解
导致质量损失，400 ℃时 MF、MF-PDMS-01 和
MF-PDMS-03 的质量残余率分别为 32.08%、50.44%
和 58.03%；最后阶段是 400 ℃以上由于三嗪环的破
坏与 分解 [33] 引 起 材 料的失 重， 700 ℃时 MF、
MF-PDMS-01 和 MF-PDMS-03 的质量残余率分别为
10.04%、16.60%和 21.64%。结果表明，PDMS-OH
接枝共聚的 MF-PDMS 中高键能的硅氧键提高了材
料的热分解温度，PDMS-OH 用量仅 1%~3%即可显