摻雜氟化聚合物-硅溶膠超疏水復合涂層的制備及性能研究.pdf

1、隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對材料性能的要求越來越高。近年來，一種具有超疏水性能的表面，因其誘人的特點引起了各國學者的極大關注。一般說來，超疏水性表面可以通過兩種方法制備：一種是在低表面能材料的表面構建粗糙結構；另一種是在粗糙的表面上修飾低表面能的物質。目前，超疏水表面材料的制備由于工藝的限制，以及粗糙表面的構建通常會影響到材料的使用性能，使該材料尚未得到普遍應用。因此采用簡單的工藝條件制備具有良好使用性能的超疏水材料是該領域的研究難點

2、。 本文首先采用溶液聚合法，制備了含有疏水性基團-CF<,3>、-CH<,3>和-CH<,2>的低表面能氟化聚合物。該聚合物與高醚化度的三聚氰胺甲醛樹脂交聯(lián)成膜后，對水的接觸角達到102°，為疏水性涂層。然后，以工藝簡單的溶膠-凝膠法原理為基礎，控制溶膠和凝膠的形成條件。在水量不足的酸性條件下，使有機/無機前驅體部分水解，控制了縮合過程，且延緩了疏水性有機樹脂引入到體系中產生相分離，制備了均勻穩(wěn)定的含溶膠體系的聚四氟乙烯摻雜氟化

3、聚合物/硅溶膠雜化材料。該材料在基材表面涂敷后，采用表面凝膠化處理技術，將凝膠過程限定在涂層的表面進行。經空氣中高溫交聯(lián)成膜，形成了具有微觀表面結構和內部均勻密實的超疏水復合涂層。 分別采用FTIR、DSC和XRD等技術手段，對復合材料的特征和特性進行了表征，采用SEM、TEM和XPS等對表面凝膠化處理技術進行了分析討論。采用JC2000A靜滴接觸角/界面張力測量儀分別測量了涂層對水的靜態(tài)接觸角和滾動角。采用SEM、AFM和BE

4、T等對涂層的表面結構進行了研究，并建立了相應涂層的疏水性模型。最后，對涂層的力學性能和對水的抗?jié)B透性能進行了測量。結果表明，該復合涂層材料不僅具有良好的超疏水性能，而且具有優(yōu)異的使用性能。其研究得出的主要結論如下： 1、表面凝膠化技術處理的聚四氟乙烯摻雜氟化聚合物/硅溶膠復合涂層，表面和內部化學元素的組成和組織結構具有明顯的差異，表面凝膠化處理技術使涂層的凝膠化過程只在涂層表面發(fā)生，從而有效地避免了通常條件下凝膠材料干燥引起的開

5、裂。 2、在復合涂層中，經表面凝膠化處理技術以后，使涂層表面生成了二氧化硅粒子，該粒子的直徑隨著凝膠化時間的增加，pH值的增大而減小。表面凝膠化生成的二氧化硅粒子和摻雜的聚四氟乙烯粒子形成聚集體。其形態(tài)為無定形的二氧化硅粒子和晶態(tài)的聚四氟乙烯粒子。 3、由于微米級聚四氟乙烯粒子的摻雜和納米級二氧化硅粒子的生成，涂層表面具有與天然荷葉類似的微米結構和納米結構相結合的階層結構，微米結構的高度約為1μm，跨度大約為6.5μm左

6、右。納米結構的尺度為300 nm左右。階層結構僅在復合涂層表面5μm以內生成，涂層內部則均勻密實。復合涂層表面對水的最大接觸角達到155°，滾動角最小為9°，為超疏水性涂層。 4、復合涂層具有與光滑氟化聚合物涂層相同的附著力、柔韌性和硬度。復合涂層的耐沖擊強度雖略有下降，但該強度仍然符合船舶、橋梁及鋼結構對表面涂層沖擊強度的要求。經電化學交流阻抗測試，與光滑氟化聚合物涂層相比，復合涂層具有更強的抗腐蝕性介質滲透的能力。

7、5、建立了氟化聚合物涂層光滑表面的潤濕行為，即基團等概率分布排列模型，該模型較好地解釋了氟化聚合物涂層光滑表面的潤濕行為。 6、對于復合涂層表面的潤濕行為，在粗糙度較低時，基本接近Wenzel模型；而在粗糙度較高時，基本接近Cassie模型。假設復合涂層表面的微米結構與納米結構相結合的階層結構類似于Koch曲線所描述的分形結構，并以分形結構方程為基礎建立了復合涂層的超疏水分形結構模型，該模型所得出的結果與復合涂層表面的潤濕行為基