Page 237 - 《精细化工》2023年第11期

第 11 期 王 鑫，等: 氟硅耐候自清洁涂层的制备及在高铁动车组上的应用 ·2549·

然而，随着 SMA 单体用量的进一步增大以及 使得聚合物主链受到严密的屏蔽而免受外界因素
FOEMA 单体用量的减少，两者协同增效作用下降， （光、水、氧及化学品）的直接作用，赋予树脂较
涂层对水静态接触角随之降低，滑动角也会相应升高。 低的表面能、优异的耐候性及耐腐蚀性 [29] 。同时，
另外，由于 FOEMA 和 SMA 单体在树脂中用量过多 有机硅中 Si—O 键的键能比 C—C 高，其稳定性强，
易导致涂层的微相分离增大 [28] ，使得涂层表面的平整 难以产生由紫外线引起的自由基反应，也不易发生
度下降，因此，在 P1~P5 中，涂层的滑动角呈现出先 氧化反应 [30] 。两者协同增效赋予涂层良好的耐紫外
降低后增加的规律，这与涂层透光率的结果相一致。 线及耐水稳定性。以上结果表明，合成的聚合物具
此外，P3 涂层具有良好的耐候性，人工加速老 有优异的透光性、疏水性和耐候性，这些特性是该
化（QUVA）5000 h 后，涂层的保光率仅降低了 4% 涂层能实际使用的必要条件。
（图 3c），光偏差在 0.4 以内，同时涂层加速老化过 2.3 涂层的 SEM 分析
程中的疏水性变化较小，5000 h 后水静态接触角仅 图 4 为涂层 P3 的 SEM 及元素分布图。从图 4a
从 105.3°降低到 103.4°（图 3d），说明聚合物 P3 涂 可以看出，涂层表面非常致密和光滑。图 4b 为涂层
层具有良好的耐候性及自清洁保持性。这是因为， 的 EDS 能谱图。可以看出，涂层中主要含有 C、O、
合成的聚合物 P3 采用的是氟硅协同改性丙烯酸树 F 及 Si 元素。由图 4c 可以看出，C、O、F 及 Si 元
脂的方案，氟原子沿着 C—C 侧链作螺旋状分布， 素均匀地分布在涂层表面，尤其涂层表面含有具有低
湿膜固化过程中通过表面能差异迁移到涂层表面， 表面能的 F 和 Si 元素，可赋予涂层具有自清洁特性。

图 4 涂层 P3 的 SEM 图（a）、EDS 图（b）及元素含量分布（c）
Fig. 4 Images of SEM (a), EDS (b) and element content distribution (c) of coating P3

2.4 涂层的防污性分析 这两种物质的液滴同样具有很好的滑动效果。
通过涂层表面的液滴滑落性、防涂鸦性和防尘 图 6 是涂层 P3 的防涂鸦效果。从图 6a 可知，
性实验来评价涂层的防污性能。图 5 是涂层 P3 的液 无涂层的铝板表面经油性笔涂鸦后，纸巾很难擦拭
滴滑落实验效果图。 掉涂鸦部分，说明涂鸦油渍与铝板表面具有很强的
由图 5 可以看出，不同溶液液滴在倾角 30°基 相互作用，普通擦拭不能去除。有 P3 涂层的铝板表
材表面的滑动行为。发现无论是在碱性还是酸性环 面经同样涂鸦，涂鸦油渍痕迹并非连续，而是聚集
成断断续续的油渍液滴，在普通擦拭下，油渍能被
境下（图 5a 和 b），水滴都可轻易地从有涂层的铝
轻易去除（图 6b），说明涂层具有一定的疏油特性。
板表面滑落，而无涂层的铝板因具有较高的表面能，
图 7 是未涂覆和涂覆涂层 P3 铝板的防尘效果。
造成水滴与铝板表面有较强相互作用，几乎没有滑
由图 7 可以看出，无涂层铝板上液滴只能冲刷掉部
动迹象。牛奶液滴和蜂蜜液滴分别富含蛋白质和糖
分活性炭，最终不能完全实现表面的清洁；而涂覆
类物质，可以模拟自然界中蛋白质及糖类物质等有
有涂层的铝板，液滴可轻易冲刷掉全部活性炭，实
机体污染物，从图 5c 和 d 中可以看出，涂层 P3 对 现涂层表面的完全清洁。