有機硅烷功能化、表面處理應(yīng)用及性能研究.pdf

1、本論文通過對有機硅烷分別進行異氰酸酯化、含氟烷基化和鹵胺化等功能化改性，將功能化產(chǎn)物應(yīng)用于材料表面處理，制備了自組裝單分子膜和鹵胺抗菌材料；深入探討了硅烷功能化過程中的反應(yīng)機理，研究了表面處理膜的微觀結(jié)構(gòu)，分析了功能化硅烷的結(jié)構(gòu)性能關(guān)系。具體從以下幾個方面展開：
　?。?）以1,3,5,7-四甲基環(huán)四硅氧烷（D4H）和丙烯酸等為初始原料，經(jīng)酯化、硅氫加成反應(yīng)制得1,3,5,7-四(三甲基硅氧羰丙基)-1,3,5,7-四甲基環(huán)四硅氧

2、烷，水解得1,3,5,7-四羧丙基-1,3,5,7-四甲基環(huán)四硅氧烷，再經(jīng)Staudinger反應(yīng)和Curtius重排反應(yīng)制得1,3,5,7-四異氰氧基乙基-1,3,5,7-四甲基環(huán)四硅氧烷，在環(huán)四硅氧烷中引入了異氰酸酯基，以1H NMR,MS和FTIR表征中間體和目標產(chǎn)物結(jié)構(gòu)。
　?。?）由3-氨丙基三乙氧基硅烷與固體光氣一鍋法合成了3-異氰酸酯丙基三乙氧基硅烷（IPTS），將IPTS分別與三種全氟烷基醇反應(yīng)，制得不同氟烷基鏈長

3、的3-(1H,1H,2H,2H-全氟烷氧酰胺丙基)-三乙氧基硅烷。利用單分子自組裝技術(shù)制備了不同氟含量的單分子膜，ATR-IR測試表明含氟烷基硅氧烷以多種成鍵形式在硅片表面自組裝。研究了自組裝膜的表面疏水疏油性，探討了氟烷基硅烷的熱力學(xué)性能。以XPS和AFM表征了自組裝膜表面元素含量和形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化，證明在高溫下低表面能的氟烷基能夠向膜-空氣界面遷移，并在表面富集。測試了單分子自組裝膜的接觸角，結(jié)果表明，表面膜的拒水拒油性隨氟含量的增加

4、而提高，且高溫焙烘可促進膜表面微相分離，因而可進一步降低表面自由能，并提高拒液性能。
　　（3）將3-氨丙基三乙氧基硅烷與丁二酸酐反應(yīng)，制得N-(3-乙氧基硅丙基)-羧丙基甲酰胺（TSCF），將 TSCF結(jié)構(gòu)中的羧基與N,N-羰基二咪唑（CDI）反應(yīng)活化后，在非常溫和的條件下與全氟烷基醇反應(yīng)制得了不同氟烷基鏈長的3-(1H,1H,2H,2H-全氟烷氧羰基)-丙酰胺丙基-三乙氧基硅烷（PFHPT, PFOPT,PFDPT）。反應(yīng)中引

5、入CDI活化避免了常規(guī)酰胺化反應(yīng)過程中副產(chǎn)物水的生成，避免乙氧基的水解，此法特別適用于烷氧基硅烷等易水解底物的衍生化。將氟烷基硅烷自組裝，深入研究了自組裝膜的疏水性和表面自由能，測試了單分子膜的接觸角、粘附力和表面自由能，探討了氟烷基硅烷的自組裝性能與氟碳鏈長度的關(guān)系。結(jié)果表明，氟碳鏈過長可能導(dǎo)致極性與非極性基團相容性變差，不利于自組裝的進行。EDS和AFM結(jié)果說明PFOPT均勻的組裝在硅片表面。
　?。?）利用N,N-羰基二咪唑

6、（CDI）反應(yīng)活化的方法，合成了N-(3-乙氧基硅丙基)-N′-(N″′-庚基脲基-N″-乙基)-丁二酰亞胺和三種N-(3-三乙氧基硅丙基)-N′-烷基-丁二酰亞胺。將功能化硅烷整理到棉織物上，經(jīng)氯漂獲得了抗菌性。研究了氧化態(tài)氯的緩釋過程和抗菌整理的耐久性，結(jié)果表明，抗菌棉織物具有較好的室溫儲存和水洗穩(wěn)定性，但紫外穩(wěn)定性較差。探索了硅烷整理劑不同位阻胺結(jié)構(gòu)與抗菌性及耐久性的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)具有芳香族位阻胺結(jié)構(gòu)的硅烷處理棉織物可獲得最佳抗菌效果