有机硅氟纳米杂化疏水涂料的制备和应用

黄月文，刘伟区

(中科院广州化学有限公司，广州610650)

摘要：通过溶胶-凝胶法将正硅酸乙酯与甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷、低分子含氢硅氧烷等前驱体制备醇基纳米杂化有机硅溶胶，研究了硅溶胶的制备工艺、渗透性及其涂膜的疏水性、硬度、强度和附着力。实验和应用结果表明，醇基纳米硅溶胶平均粒径为40～80nm，硅溶胶对硅基底材有很好的亲和力和渗透性，涂膜疏水性强，硬度达6H以上，附着力1级，还具有优良的耐污染性和耐腐蚀性。

关键词：疏水涂料；纳米杂化；溶胶-凝胶法；有机硅溶胶；硅/氟偶联剂

0.引言

疏水涂料指涂膜在光滑表面上的静态水接触角大于90°的一类低表面能涂料，具有防水、防雾、防雪、防污染、抗粘连、抗氧化、防腐蚀和自清洁以及防止电流传导等重要特点，在科学研究和生产、生活等诸多领域中有极为广泛的应用前景[1]。通过设计不同结构、化学和物理特征的涂料，能为固体材料提供新的附加功能。纯的纳米硅溶胶涂料是一种耐候性、耐温性优良的高硬度无机材料，溶胶-凝胶技术制备的纳米SiO2/有机硅杂化材料成膜后具有耐热性、耐候性、透明性、低折射性、低介电性等优良性能，在汽车玻璃、厨房用具、建筑玻璃、金属防腐、微电子集成电路等方面表现出广泛的应用前景[2-4]。利用硅溶胶中残留硅羟基与有机硅/氟改性剂的溶胶-凝胶反应或表面改性，将有机基团杂化引入硅溶胶结构中，是赋予硅溶胶薄膜疏水性的一个主要和有效的方法，引入的有机基团可以是硅甲基、硅烷基或氟代硅烷基[5-6]。本文使用正硅酸乙酯与有机硅/氟烷采用溶胶-凝胶法制备醇基纳米杂化有机硅溶胶，研究硅溶胶对基材的渗透性，及其应用在不同表面粗糙度的硅酸盐基材上的涂膜的疏水性、硬度、强度、耐污染性及耐腐蚀性。

1.实验部分

1.1主要原料

正硅酸乙酯(TEOS)、无水乙醇：分析纯；甲基三乙氧基硅烷(MTES)、二甲基二乙氧基硅烷(DMDES)：蓝星化工；辛基三乙氧基硅烷(OTES)：德邦化工；十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷(12FHPTMS)：雪佳集团；工业级低分子含氢硅氧烷：自制。

1.2仪器和测试方法

WQF-410傅里叶变换红外光谱仪，日本电子公司JEM-CX100Ⅱ型透射电子显微镜。用日本εrma角度计式接触角测定仪。按照GB/T1723—1993、GB/T1720—1979(1989)、GB/T6739—1996测试涂料黏度，涂膜附着力和硬度。

1.3纳米硅/氟杂化疏水涂料的制备

纳米杂化有机硅溶胶的制备如式(1)、式(2)所示。

1.3.1式(1)制备方法

将正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷和其他有机氟硅烷等前驱体按配方(见表1)加入三口瓶中混合后，搅拌下依次加入一定量的无水乙醇、水和催化剂，然后升温至70℃下反应6h，自然冷却，中和，调节pH值。加入无水乙醇稀释至20%的固含量，得到无色透明的纳米杂化有机硅溶胶。

1.3.2式(2)制备方法

将正硅酸乙酯于三口瓶中混合后，搅拌下依次加入一定量的无水乙醇、水和催化剂，升温至70℃下反应3h后，于搅拌下按表1中的配方滴加甲基三乙氧基硅烷或其他有机氟硅烷等前驱体，保持70℃搅拌回流反应5h，自然冷却，中和，调节pH值。加入无水乙醇稀释至20%的固含量，得到无色透明的纳米杂化有机硅溶胶。

1.4膜的制备

将上述制得的20%的有机硅溶胶用少量的有机碱中和至pH值为9～10，然后涂覆在干净平整的玻璃片上，振动让其自然流平，室温自然干燥1d，膜厚在2～3μm之间，于70℃干燥4h 后再升温至110℃保温1h，冷却至室温制得疏水膜。

2.结果与讨论

2.1纳米杂化有机硅溶胶原料配比及反应工艺

正硅酸乙酯(TEOS)在催化剂作用下通过溶胶-凝胶法水解聚合成大量极性强的亲水性纳米SiO2粒子(粒径<100nm)，在纳米SiO2粒子表面存在大量的Si—OH，由于大量乙醇中的羟基(与Si—OH产生氢键作用)稀释作用，纳米SiO2粒子不易自身进一步团聚或凝胶，贮存稳定性良好。当浓度较高时，纳米SiO2粒子相互碰撞而团聚的几率大大增加。使用杂化前驱体甲基三乙氧基硅烷(MTES)，由于甲基的空间位阻，同时也降低了纳米SiO2粒子表面的羟基密度，制备的杂化有机硅溶胶贮存稳定性增加，疏水性增强。表1是两种不同的制备工艺对纳米杂化有机硅溶胶的疏水性能的实验结果。采用方案2(式2)先制备纳米SiO2粒子然后用同样方法在纳米粒子表面进行杂化复合，与方案1(式1)的TEOS和其他前驱体一起催化水解聚合完全不同，制备的硅溶胶的涂膜的水接触角明显增大，即疏水性强，这是由于前者在纳米SiO2粒子表面用疏水性较强的MTES进行表面修饰后纳米粒子表面的疏水甲基基团较多，涂膜同时随疏水原料MTES比例的增加，水接触角增大。

有机硅氟纳米杂化疏水涂料的制备和应用

表1纳米有机硅溶胶干燥成膜的表面疏水性能

在制备纳米杂化有机硅溶胶的过程中用疏水性强的前驱体DMDES、OTES、12FHPTMS和低分子含氢硅氧烷对上述实验中的No.4中纳米粒子进行改性，其涂膜的水接触角实验结果列于表2中。

表2改性的纳米杂化有机硅溶胶涂膜的表面疏水性能

注：(1)0.1、0.2是原料有机硅/氟烷与MTES的物质的量比。

由表2可见，随前驱体烷基基团体积的增大(十二氟庚基丙基>辛基>甲基)，涂膜水接触角增大，同时随前驱体用量的增加，从0.1增加到0.2(与MTES的物质的量比)，涂膜的水接触角明显增大，疏水性增强。

2.2杂化材料透射电镜表征

将0.12FHPTMS改性纳米杂化有机硅溶胶(No.7)室温放置10d后采用磷钨酸负染色，然后进行透射电镜测试，经测得纳米粒子平均粒径为40～80nm(见图1a、1b)。0.2的硅溶胶乙醇溶液放置半年后仍澄清透明，颗粒粒径变大(约120nm)(见图1c)。

图1纳米硅溶胶TEM

2.3红外光谱图

图2、图3是由TEOS直接水解聚合而成的纳米硅溶胶(No.1)及其与其他前驱体杂化复合成膜后的固体的红外光谱图。

图2有机硅溶胶及其纳米杂化硅溶胶的红外光谱图

图3纳米杂化硅溶胶的红光谱图

纯的纳米硅溶胶No.1固体在3459cm-1宽的强吸收峰及953cm-1较强吸收峰，1084cm-1为Si—O较窄伸缩振动吸收峰，2900～3000cm-1基本无C—H伸缩振动吸收峰，说明存在大量的Si—OH；纳米SiO2与MTES杂化后的杂化硅溶胶No.4中较弱的吸收峰Si—OH(3479cm-1，930cm-1)，Si—O(1130cm-1)，C—H(2979cm-1，1278cm-1)；No.5中Si—OH(3444cm-1，908cm-1)，Si—O(1112cm-1)，C—H(2921cm-1，2977cm-1，1274cm-1)；No.6中Si—OH(3461cm-1，910～950cm-1附近弱)，Si—O(1130cm-1)，C—H(2861cm-1，2931cm-1，2967cm-1，1274cm-1)；No.7中Si—OH(3440cm-1，910～950cm-1附近弱)，C—H(2976cm-

1，1276cm-1)，在1130cm-1、1035cm-1可能是Si—O或C—F反对称和对称伸缩振动吸收峰；No.8中Si—OH(3440cm-1)，C—H(2977cm-1)，Si—O(1101cm-1)，2177cm-1少量的未反应的Si—H峰。由红外光谱图可知，经有机硅/氟烷杂化改性的有机硅溶胶粒子表面的亲水基团显著减弱，碳氢基团增加，疏水性增强。

2.4疏水涂料的性能及其应用

2.4.1疏水涂料在硅酸盐成品中的疏水性能

疏水涂料疏水性能见表3。

表3疏水涂料吸水率、防沾污性测试结果(012No.7)

表3数据显示，硅酸盐类极性基材经浸渍疏水涂料后，吸水率明显下降，特别是多孔的水泥制品和天然大理石，处理后吸水率下降1～2个数量级，并且对各种墨水(包括碳素黑墨水、红墨水和纯蓝墨水)等无机污染粒子和有机污染物都有显著的防沾污效果。

2.4.2涂膜性能

疏水涂料涂膜性能见表4。

表4疏水涂料涂膜性能

表4数据表明，纳米杂化有机硅溶胶具有较低的初始黏度，经换算为1.1～1.5mPa·s，与水的黏度相当。纳米粒子具有“两亲”性，一端是亲水性的无机纳米SiO2“球体”，对极性基材具有很高的亲和力和渗透性，另一端是表面带有疏水有机基团的“尾巴”，在干燥过程中自组装成一定的有序排列结构，亲水一端与极性基材中的极性羟基作用，在碱催化作用下形成牢

固的化学键，粘附力强，同时疏水一端向空气一侧排列，膜表面具有显著的疏水性。硅溶胶具有较高含量的有机基团，在催化剂作用下水解并缩聚成有机高分子，成膜性能优良。由于大量使用较高官能度(>3)的起始原料，制得的有机硅溶胶仍具有较高的反应官能度，纳米粒子在干燥成膜过程中在碱性催化剂作用下自身的表面羟基或未反应的烷氧基团之间进一步缩合，具有较高的硬度，达6H以上，同时涂膜具有较高的透明性。表4中的No.8的硬度较低，呈半透明，这可能是催化反应体系和活性基团不同的结果。

2.4.3涂膜耐腐蚀性能及应用

涂膜的耐腐蚀性见表5。

表5疏水涂料涂膜耐腐蚀性

涂层的抗渗透性、对介质稳定性、附着力和机械强度对涂膜的耐腐蚀性有显著影响。本文研制的纳米杂化有机硅溶胶成膜性能优良、结构致密、疏水性强，对各种介质有良好的抗渗透性和稳定性，同时涂层附着力大、硬度高，能抵抗多种外界压力和内应力破坏。从表5可见，涂膜在各种外力作用和生活化学污染介质腐蚀环境中仍能保持涂层的完整性，具有明显的防腐蚀性能，在多种不同表面粗糙度的硅基基材如玻璃、陶瓷、文化石(敦煌石)、天然石材的表面疏水防污处理及文物保护、金属表面防腐处理等有着广阔的应用(见图4)。

图4各种硅基底村疏水处理应用效果

3.结语

以正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷和一些有机硅/氟烷作为前驱体制备的纳米杂化有机硅溶胶，纳米粒子平均粒径在100nm以内，具有低的起始黏度、很高的渗透性、亲和力及粘附力，

涂膜疏水性强，硬度高，是一类渗透性强的优良的耐候防腐疏水涂料。

超疏水材料研究进展

超疏水材料的研究进展 2015年5月3日

超疏水材料的研究进展摘要：超疏水性材料因为它独特的性质，而在很多方面得到了广泛的应用。近年来，许多具有特殊润湿性的动植物表面同样受到关注。通过研究这些表面微观结构，人们成功地仿生制备出各种功能化超疏水表面，从而更好地满足工业中实际应用的需要。该综述简单地介绍了表面润湿的基本原理和一些自然界中的超疏水表面现象，重点介绍近几年超疏水表面应用的最新研究进展。最后，对超疏水表面研究的未来发展进行了展望。关键词：超疏水、仿生、润湿、功能化表面自然界中，经亿万年的自然选择，许多生物的表面都表现出优良的超疏水性能，比如荷叶、花生叶、莲叶等植物表面和水黾、鲨鱼表皮、沙漠甲虫、蝴蝶翅膀等动物体表。一直以来，这类自然现象都启发着各领域的科学工作者们，尤其是近几十年，仿生超疏水表面以其优越的防腐蚀、自清洁、防覆冰、抗菌等性能，在防腐、自清洁、建筑防水、流体减阻、防污等领域都有广泛的应用[1]。因此，对超疏水材料进行总结和展望，对这种材料的发展有重要的意义。 1超疏水原理超疏水表面的定义可以从字面意思上进行理解，即指难以湿润的表面，固体表面的湿润性作为固体表面重要的特性之一，不仅受到固体表面粗糙度的影响，还受固体表面化学成分的影响，我们可以用液体与固体的接触角θ来作为是否湿润的判断依据。接触角越大，表面的疏水效果越好，反之亦然[2]。当θ=0°时，所表现为完全湿润；当θ<90°时，表面为可湿润，也叫做亲液表面；当θ>90°时，表面则为不湿润的疏离表面；当θ=180°时，则为完全不湿润。一般θ>150°被称为超疏水表面[3]。接触角是衡量表面疏水性涂层湿润性的主要指标，但并不是唯一指标，在实际应用中还可以根据前进角、后退角的大小来考虑其动态过程。前进角与后退角是液滴前进或后退时与固体表面所成的临界角度。但是如果不断增加或减小固体

纳米线制备

模板法：按模板材料可分为碳纳米管模板法、多孔氧化铝模板法、聚合物膜模板法和生命分子模板法。其中聚合物模板法廉价易得。模板法的模板主要有两种：一种是径迹蚀刻聚合物膜，如聚碳酸脂膜，另一种是多孔阳极氧化铝膜，两者相比，氧化铝模板具有较好的化学稳定性、热稳定性和绝缘性，其余还有介孔沸石法、多孔玻璃、多孔Si 模板、MCM-41、金属、生物分子模板、碳纳米光模板等聚碳酸脂膜（聚合物）模板法：聚碳酸脂膜模板是所有聚合物膜模板中使用最广的一种，C.Schonenoberge等以不同规格不同厂家的聚碳酸酯过滤膜为模板，用电化学沉积的方法成功涤制备出了不同直径的Ni、Co、Cu和Au纳米线。多孔氧化铝模板：采用该方法时，多孔氧化铝模板只是作为模具使用，纳米材料仍需要常规的化学反应来制备，如电化学沉积、化学镀、溶胶-凝胶沉积、化学气相沉积等方法。多孔阳极氧化铝模板（AAO: porous anodic aluminum oxide）是典型的自组织生长的纳米结构的多孔材料，微孔直径大约在10~500nm之间，密度为二丄1「「个/諾之间，阳极氧化法制备的有序多孔氧化铝模板的孔径大小一致，排列有序，呈均匀分布的六方密排柱状。通常孔径在20?250nm范围内，孔间距在5?500nm范围内。目前大部分究主要局限在以草酸为电解液的中孔径模板的制备和研究中。这是由于在草酸电解液中制得的模板较厚、孔径均一、大小适中。膜厚可达100卩m以上。当然模板法中这些只是作为模具使用，具体的纳米材料仍需要一些其它的方法来得到，常用的有电化学沉积、化学气相沉积法（CVD）化学聚合、溶胶-凝胶沉积等电化学沉积：电沉积方法主要分为三步，1、阳极氧化铝模板的制备及孔径的调节； 2、对氧化铝模板及阻挡层的径蚀，释放出有序的纳米线阵列，再经后续处理得到所需的纳米材料，开发出各种纳米器件。电沉积法只能制备导电材料纳米线，如金属、合金、半导体、导电高分子等。按照电源不同分为直流沉积、交流沉积、循环伏安法沉积、脉冲电沉积。Al 在阳极氧化的过程中，表面生成由致密阻挡层和多孔外层组成的氧化铝膜，极薄的阻挡层具有半导体的特性，在沉积之前要先从铝基底上将多孔薄膜剥离，通孔，通过离子喷射或热蒸发等在模板表面涂上一层金属薄膜作为电镀阴极。该方法比较复杂，也有研究者试图不将薄膜从铝基底上剥离，采用磷酸腐蚀致密层薄膜，但是该方法同时使多孔膜变薄，不易控制，也影响了纳米线的纵横比。交流电沉积方法工艺简单可行，且不需要将模板和铝基底分离，通过控制电流、电压、频率、时间等参数，可合成各种纳米线有序阵列，其缺点是只能在孔中组装单一的金属或合金，当前对于交流沉积时，电流是如何通过阻挡层还没有定论。交流电沉积过程中的阳极电压作用至关重要！循环伏安法、脉冲电流法：Sun等采用该法，制备了长径比达500的Ag纳米线阵列，Kim采用脉冲电化学沉积法首次利用Ti涂层解决了AAO膜的阻挡层去除问题，并得到了Si基底上的Pd纳米线阵列。交流电沉积没有滞留点沉积得到的排列有序且易堆叠，。AAO模板与循环伏安法相结合，被证实是一种制备形状与尺寸可控的有序金属或半导体自支持纳米线阵列结构的有效方法。与直流电沉积相比，脉冲电沉积具有高度可靠性，可补偿纳米孔区域内离子扩散输运动力的不足。国内学者近几年来在这方面做的工作也较多，于冬亮等人分别在AAO 模板中采

溶胶-凝胶法制备SiO2／有机硅复合涂料

硅酸盐学报 · 334 ·2011年溶胶–凝胶法制备SiO2/有机硅复合涂料朱再盛1,2，涂伟萍1，胡剑青1 (1. 华南理工大学化学与化工学院，广州 510641；2. 广东药学院药科学院，广州 510006) 摘要：以正硅酸乙酯(tetraethoxysilane，TEOS)、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷和甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷为原料，采用溶胶–凝胶法在聚碳酸酯(polycarbonate，PC)表面上制备透明硬质的SiO2/有机硅复合涂膜。用红外光谱、紫外光谱，热重、X射线衍射、表面扫描电镜、原子力显微镜和接触角测量仪等方法对产物进行了表征。结果表明：复合膜中形成了Si—O—Si网络结构；采用浸涂工艺，经120℃热固化制备的涂膜厚度为0.84μm，表面平整，致密均质，对PC基材具有一定的增透作用(透光率提高了将近5%)；复合膜对水的接触角随固化时间的延长而增大，在120℃固化3h后接触角为93°；随着TEOS含量增加，复合膜的耐热性得到提高；当SiO2/有机硅复合树脂的n(R)/n(Si)(一个硅原子上平均连结的有机基团数目)值选择0.78，划格法测定的复合膜的铅笔硬度为2H，附着力为0级。关键词：溶胶–凝胶法；硅树脂；复合；聚碳酸酯；硬质涂料中图分类号：TQ264.1 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2011)02–0334–05 Synthesis of SiO2/Organosilicone Hybrid Coating via Sol–Gel Method ZHU Zaisheng1,2，TU Weiping1，HU Jianqing1 (1. School of Chemistry and Chemical Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640; 2. College of Pharmacy, Guangdong Pharmaceutical University, Guangzhou 510006, China) Abstract: The transparent and hard SiO2/organosilicone hybrid coatings were prepared on polycarbonate (PC) with tetraethoxysilane (TEOS), methyltriethoxysilane, dimethyldiethoxysilane and 3-(methacryloxypropyl)-trimethoxysilane as the main raw materials by the sol–gel method. The structure and properties of the hybrid coating were characterized by Fourier transformed infrared, ultravio-let-visible spectroscopy, thermogravimetric analysis, X–ray diffraction, scanning electron microscopy, atomic mechanics microscope, contact angle measuring instrument, and hardness tester etc. It is found that the basic structure of the hybrid coating is Si—O—Si. After heat-cured at 120, the thickness of the hybrid coating is 0.84 ℃μm by dipping-withdrawing manner. The hybrid coating is smooth, homogenous and densified, and can improve the transparency of PC (transmittance is increased by nearly 5%). The contact angle of the hybrid coating to the water increases with the increase of curing time. The contact angle is 93°after heat-cured at 120℃for 3h. The hybrid coating has excellent thermal stability, which increases gradually with the increase of TEOS content. When the mole ratio of R (organic groups) and Si in SiO2/organosilicone hybrid resin is 0.78, the adhesion strength of hybrid coating on PC sheet is 0 class (cross-cut tape test), and it reaches a pencil scratch hardness of 2H. Key words: sol–gel method; organosilicone; hybrid; polycarbonate; hard coating Many transparent polymeric materials such as poly-carbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA) have excellent optical clarity, lower density, impact resistance, and easy processing than inorganic glasses, and can be widely utilized as windows in aircraft, buildings, and optical lens.[1] However, because of the poor wear resis-tance, polymeric windows or optical devices often quickly lose transparency during daily use and maintenance. To solve above problems, abrasion-resistant coatings have been developed over the past few years by plasma po-lymerization, photopolymerization and silicone modifica-tion. Silicone modification can be characterized by the formation of hard coatings on a polymer substrate through hydrolysis and condensation (sol–gel reactions) of alkoxy- 收稿日期：2010–09–06。修改稿收到日期：2010–11–01。基金项目：国家自然科学基金(50903031)资助项目。第一作者：朱再盛(1977—)，男，博士研究生，讲师。通信作者：涂伟萍(1956—)，男，博士，教授，博士研究生导师。Received date:2010–09–06. Approved date: 2010–11–01. First author: ZHU Zaisheng (1977–), male, postgraduate student for doctor degree, lecturer. E-mail: zzs1112@https://www.360docs.net/doc/8e6571660.html, Correspondent author: TU Weiping (1956–), male, Ph.D., professor. E-mail: cewptu@https://www.360docs.net/doc/8e6571660.html, 第39卷第2期2011年2月硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 39，No. 2 February，2011

有机硅单体及其应用

主要有机硅产品及应用目前有机硅产品繁多，品种牌号多达万种，常用的就有4000余种，大致可分为原料、中间体、产品及制品三大类： ★有机硅单体：主要指有机氯硅烷等合成有机硅高聚物的单体，如甲基氯硅烷、苯基氯硅烷、乙烯基氯硅烷等原料。 ★有机硅中间体：主要指线状或环状体的硅氧烷低聚物，如六甲基二硅氧烷（MM）、八甲基环四硅氧烷（D4）、二甲基环硅氧烷混合物（DMC）等。 ★有机硅产品及制品：由中间体通过聚合反应，并添加各类无机填料或改性助剂制得有机硅产品。主要有硅橡胶（高温硫化硅橡胶和室温硫化硅橡胶）、硅油及二次加工品、硅树脂及硅烷偶联剂四大类。硅橡胶再通过模压、挤出等硫化成型工艺，制得导电按键、密封圈、泳帽等最终直接用品。一、有机硅单体尽管有机硅品种繁多，但其起始生产原料仅限于为数不多的几种有机硅单体，其中占绝对量的是二甲基二氯硅烷，其次有苯基氯硅烷，前者用量占整个单体总量的90％以上。此外，三甲基氯硅烷、乙基及丙基氯硅烷、乙烯基氯硅烷等等，也是生产某些品种不可或缺的原料。有机氯硅烷（甲基氯硅烷、苯基氯硅烷、乙烯基氯硅烷）是整个有机硅工业的基础，而甲基氯硅烷则是有机硅工业的支柱。大部分有机硅聚合物是通过二甲基二氯硅烷为原料制得的聚二甲基硅氧烷为基础聚合物，再引入其他基团如苯基、乙烯基、氯苯基、氟烷基等，以适应特殊需要。甲基氯硅烷生产流程长、技术难度大，属技术密集、资本密集型产业，所以国外各大公司都是基础厂规模化集中建设，而后加工产品则按用途、市场情况分散布点。二、有机硅中间体有机硅单体通过水解（或醇解）以及裂解制得各种不同的有机硅中间体，有机硅中间体是合成硅橡胶、硅油、硅树脂的直接原料，包括六甲基二硅氧烷（MM）、六甲基环三硅氧烷（D3）、八甲基环四硅氧烷（D4）、二甲基环硅氧烷混合物（DMC）等线状或环状硅氧烷系列低聚物。三、硅橡胶硅橡胶是有机硅聚合物中的重要产品之一，在所有橡胶中，硅橡胶具有最广的工作温度范围（–100～350℃），耐高低温性能优异。硅橡胶按其硫化机理可分为有机过氧化物引发自由基交联型（热硫化型）、缩聚反应型（室温硫化型）和加成反应型三大类。

超疏水材料研究报告进展

超疏水材料研究进展摘要:本文介绍了超疏水材料的性质、应用、转变、制备以及存在的问题等。详细介绍了超疏水材料在流体减阻中、抗腐蚀中、建筑防污耐水等领域内、微流体控制方面的应用和常用的几种制备方法。关键词:超疏水材料；超疏水应用；制备 1 引言近年来，超疏水材料引起了人们的普遍关注。所谓超疏水材料，就是指水在材料平面上的接触角大于150°的材料。超疏水材料的特性最初是在荷叶上发现的，荷叶表面的超疏水特性赋予了它们非常好的自清洁效应，污染物很容易被水滴带走[1]。有关超疏水的基础理论研究始于上世纪50年代，因其优异的自洁性有望在国防、众多工业领域和日常生活等方面有广阔的应用前景，研究工作备受各国重视。固体表面的润湿性是由其化学组成和表面微观结构共同决定的。目前，通过对荷叶表面自洁性的仿生研究表明，因其层级微、纳米结合的双微观结构和覆盖在上面的低表面能物质的协同效应而表现出完美的疏水性[2]。人们通常用液体在材料表面的接触角来表征材料表面的润湿性。按照水滴在材料表面接触角大小的不同，我们可以将材料进行如下分类当接触角小于90o时，我们认为这种材料是亲水材料；如果水滴在材料表面的接触角小于5o，那么这种材料是超亲水材料，例如经浓硫酸和双氧水（体积比为7：3）处理过的硅片，水滴在它的上面会立刻铺展开，展示出超亲水的性质；当材料表面接触角大于90o时，我们认为这种材料是疏水材料；如果材料的表面接触角大于150o那么我们认为这种材料是超疏水材料，例如我们前面所提到的荷叶，水滴在其表面的接触角大于150o，不能稳定停留，极易滑落，因而造就了它“出淤泥而不染”的性质。如图1所示，（a）为亲水，（b）为疏水。 (a) (b)

高分子材料概论-有机硅

_| II 章：高分子材料概论 2.8有机硅材料 |[ 2.8.2主要有机硅的合成单体 2.8.3 _主要有机硅聚合物性能和应用简 IT 2.8.4思考题 2.8.1有机硅材料概述’ II 一、医用高分子的定义 “有机硅就是指一种元素有机化合物，凡是硅原子上- I I I r —接有传统的有机基团的（烃及其衍生物1）都叫有机硅，这实际上是一个最广义的定义。19世纪人们对以碳为骨架的有机化合物认识比较多了，因此对碳的同族元素硅有了 I L I I 主要内容: 2.8.1有机硅材料概述 |[

极大的兴趣，想发现像碳族物质一样的奇迹，从研究甲硅烷（SiH4或叫硅甲烷）到研究硅烯（Si = Si化合物），投入 I I I r _|

了不少力量，收效甚微，但人们却发现了许多甲硅烷的衍生物并不难获得，先后合成了卤代硅烷、烃代硅烷、烃氧基硅烷等等，并制定了相应的命名原则。 II 20世纪20年代之后，高分子学科形成并迅速发展，许多科学家致力于研究硅烷的水解缩合反应，希望制得像玻璃一样的耐热性有机（半有机）聚合物。到三十年代，研究取得长足进展，先后合成厂有机硅树脂和线性聚合二物，其主要骨架是一 Si — 0 — Si —O — Si ，通称为聚硅氧= 烷，后来简称为“有机硅”，起来的聚硅氧烷类化合物，尤其是高分子聚合物，称为 “有机硅”，后来又把合成地称为“有机硅”。“ 再后来又把一些可作单体，也可作其它用途的一些 I 低分子（如现在常说的硅烷偶联剂）也归入“有机硅”。现在合成了一些不是一 Si — 0— Si —O 骨架，而是一Si —Si —Si 骨架的聚合物，还叫有机硅。不过我们通常讲的“有 II 机硅”，仍然是SilicOne 的含义，即指聚硅氧烷高分子物质，并略微扩大到合成它们的单体，因为现在许多单体己商品化了，统称它们为“有机硅单体”，也可简称“有 II 机硅”。按照中国习惯，根据聚硅氧烷的结构特征，把那些含有体型结构或者具有可交联基团，以利于形成网状立体结构的预聚物称为有机硅树脂，简称硅树脂。把线性聚合物中分子量较小的，叫有机硅抽，常称为硅油其中分子量较大的、可以适当硫化的则叫有机硅橡胶，常简称硅橡胶二。根据单体或主链上侧基的种类，又在硅 II 'I Il 中国的习惯是把那些聚合 “有机硅”--的单体，也笼统 - II 。而

有机硅及其改性涂料

有机硅及其改性涂料简介：有机硅树脂涂料是以有机硅树脂或改性有机硅树脂为主要成膜物质，是一种元素有机涂料，简称有机硅涂料。元素有机涂料是由元素有机聚合物为主要成膜物质的涂料总称，包括有机硅、有机钛、有机氟、有机铝、有机锆涂料等。其中，有机硅树脂涂料产量最大。元素有机涂料是介于有机高分子和无机化合物之间的一种化合物，具有特殊的热稳定性、绝缘性，耐高温、耐化学品性、耐水、耐候性等特点，广泛地应用于国防工业、电器工业等行业。性能：有机硅树脂涂料的性能如下：有机硅树脂涂料是一种价格较贵的耐热性、耐寒性、耐候性突出的绝缘涂层。 ①有机硅树脂涂料的耐热性强这是有机硅树脂涂料最大的特点。纯有机硅树脂清漆可耐200-250℃高温，当与片状铝粉、玻璃料、耐热填料等配制的涂料可耐300-700℃高温，改性有机硅树脂与耐高温颜料可制得耐200-300℃高温的涂料。漆膜干燥后耐沸水煮和耐过热水蒸气。 ②有机硅树脂涂料的耐候性优异纯有机硅树脂涂料在-50℃条件下仍然具有较好的冲击强度和柔韧性，采用聚酯改性后，可在低温-80℃下使用。 ③有机硅树脂涂料的绝缘性突出在高温和潮湿条件下具有较好的电绝缘性，可达H级，击穿电压达60-100kV/mm。 ④有机硅树脂涂料的耐化学腐蚀性较强在100℃，3%碱液浸泡100h或者5%盐水浸泡70h条件下漆膜无变化。但耐稀盐酸、稀硫酸腐蚀性能不佳，以及耐油性不强，可做润滑油，遇汽油会变软。 ⑤有机硅树脂涂料的防霉性较高有机硅树脂涂料不含油的成分，霉菌无法在漆膜上生存，防霉性能较好。 ⑥有机硅树脂涂料的附着力较好有机硅树脂涂料适合以钢铁、玻璃、铝为基体。 ⑦有机硅树脂涂料的固化温度高多数有机硅树脂涂料需要高温烘烤。 ⑧有机硅树脂涂料的耐有机溶剂差。 ⑨纯有机硅树脂涂料黏度低，与颜料制成的磁漆易沉淀。表1列出了云母粘结绝缘漆的主要性能指标。表1云母粘结绝缘漆的主要性能指标分类：（1）按涂料组分有机硅树脂涂料可分为纯有机树脂涂料和改性有机硅树脂涂料。纯有机硅涂料是纯有机硅树脂溶于二甲苯而形成的，具有较好的耐热性、耐候性、耐蚀

涂料工艺有机硅涂料

有机硅涂料鲁开文 1.概述有机硅聚合物简称有机硅，广义指分子结构含有Si-C键的有机聚合物；其特点是分子中至少含有一个Si-C键。有机硅涂料是以有机硅聚合物或有机硅改性聚合物为主要成膜物质的涂料。我国是从50年代发展起来的新品种，因具有优异性能，故广泛应用于工业和国防工业，现已成为涂料工业中的一大类型。 1.1.有机硅发展史[1] 硅元素熔点是1420℃，是世界上分布最广的元素之一，地壳中约含25.75%。主要以二氧化硅和硅酸盐存在，自然界中常见的化合物有石英石、长石、云母、滑石粉等耐热难熔的硅酸盐材料。二氧化硅熔点为1710℃，在元素周期表中硅与碳同属IV A族的主要元素，因此碳、硅两元素具有很多的相似的化学性能。18世纪下叶，当化学家们正竞相研究有机化合物时，

C.Friedel、J.M.Crafts、https://www.360docs.net/doc/8e6571660.html,denberg、 F.S.Kipping等做了大量工作。已注意到了硅和硅碳化合物，并进行广泛、深入的研究。特别是F.S.Kipping的工作奠定了有机硅化学的基础。科学家对有机化合物和有机高分子聚合物广泛深入研究的结果是促进了有机合成材料，如酚醛、聚酯、环氧、聚氨酯等树脂及各种合成塑料、合成橡胶、合成纤维的开发、生产和应用，使人类步入合成材料的时代。科学技术的进步，促进了国民经济的发展，而国民经济的发展又迫切需要新技术、新工艺、新材料的开发和利用。如原来的电机庞大笨重、效率低；缩小体积，虽提高了效率，但电机温度上升了，一般有机材料就不能胜任，因此迫切需要开发新型的耐热合成材料。航空工业也是这样，飞机要提高飞行速度，必要研制新型的耐热合成材料。美国道康宁公司（DOW-CORNING CO.）的G.F.Hyde、通用电气公司（G.E.CO.）的W.J.Patnode、E.G..Rochow 和前苏联的Б. Н. Дolroв、K.A.Aндрианов等化学家联想到天然硅酸盐中硅氧键结构的优异耐热性，并考虑到引入有机基团的优越性能，于是在F.S.Kipping研究的基础上，继续

中国在超疏水材料研究方面的进展

中国在超疏水材料研究方面的进展分子一班张雷 3013207391 Abstract ：摘要：具有超疏水性、超双疏性等的微纳复合材料在人们的日常生活和国民生产各个部门都有着广泛的应用前景，因而也引起科学界的广泛关注。由于固体表面的浸润性决定于其表面的化学组成和表面形貌，因此通过改变固体的表面自由能和表面形貌可以实现对固体材料表面浸润性控制。近些年来，这方面的研究吸引了许多科学家和课题组的注意。可以说，超疏水、超双疏材料的制备正成为一个研究的热点问题。本文在查阅有关文献的基础上，分析中国在超疏水、超双疏材料制备方面的进展。关键词：超疏水、超双疏、表面改性、润湿性

1、背景：表面润湿性是指液体(通常为水)在固体材料表面的铺展能力。它是固体表面的重要性质之一, 许多物理化学过程，如吸附、润滑、黏合、分散和摩擦等均与表面的润湿性密切相关1。研究表明, 固体表面的润湿性是由其化学组成和微观几何结构共同决的, 定外场如光、电、磁、热等对固体表面的润湿性也有很大的影响2。固体表面的润湿性通常用水滴在其表面上形成的接触角来衡量, 接触角小于9 0°的表面称为亲水表面,大于9 0°的表面称为疏水表面, 而超疏水固体表面是指与水的接触角为1 5 0°以上的表面。自然界中存在很多超疏水表面, 最典型的如以荷叶为代表的多种植物叶子表面(荷叶效应Lotus-effect)、蝴蝶等鳞翅目昆虫的翅膀以及水鸟的羽毛等3。受这些自然界中现象的启发，许多课题组都开展了超疏水材料制备方面的研究。 2、超疏水材料制备方法分类： 2.1 模板法：江雷课题组组报道了一种以多孔氧化铝为模板制备超疏水材料的方法2。具体是将一定孔径的氧化铝模板覆盖在聚碳酸酯（PC）膜上，然后加热PC膜将其溶化并将其压入模板的孔内，最后除去模板即可得到纳米棒状的阵列结构。将模板制备成圆筒状重复上述过程可以得到大面积的阵列PC纳米棒。

超疏水纳米材料的应用

《纳米科技导论》文献综述题目：超疏水纳米材料的应用学院：＿＿＿专业：＿＿班级：＿学号：＿＿＿＿＿学生姓名：＿＿＿＿＿＿＿指导教师：＿＿＿＿＿＿＿＿年月日

超疏水纳米材料的应用姓名（学校学院班级指导教师）摘要：几十年来人们在荷叶，水黾腿，蝴蝶翅膀等自然界中超疏水性组织和器官的启发下，研究了各种各样的超疏水纳米材料，超疏水纳米材料的设计和研发的目标不仅在于模仿生物的功能结构，更主要的是制备组分和结构均可调的超疏水表面。超疏水表面纳米材料具有特殊微纳米结构，因此有疏水自清洁性，防污染等一系列优异性能，同时在强度、耐热、耐酸碱等性能方面又十分优异的新材料。该类材料在国防、工业、农业、医学、建筑涂料及交通航行等多个领域中。但它们对各种低表面能的液体反而更加亲液。近年来超疏液纳米材料作为超疏水纳米材料的升级和扩展，它对几乎所有液体都具有接近150度左右的接触角,可以极大降低固液表面的粘附力和流动阻力,而且压力稳定性比同样结构的超疏水表面更好。但是,超疏液纳米材料的制备也比超疏水表面更有挑战性,因为需要制备球状、蘑菇状等倒悬微纳米结构,使得低表面能的液体能够钉扎在这些结构上保持悬空状态。因此有望在诸多领域取代超疏水纳米材料并开发出更多新兴的应用。关键词：纳米，超疏水，应用，表面，接触角引言纳米超疏水性材料的发现很早，而系统化理论的建立则是要归功于20世纪三四十年代 Wenzel和 Cassie的研究工作。他们发现了表面粗糙度微结构与浸润性之间所具有的关系。大多固体的表面往往不是光滑和平整的，从微观上看凹凸不平有起伏。在较好的超疏水情况下，液体滴在固体表面上，并不能完全填满粗糙固体表面上的凹面，在液滴与固体凹面之间将会存在有空气。表观上看，固

耐高温有机硅树脂的合成和改性研究状况

第24卷　第1期2010年 2月山　东　轻　工　业　学　院　学　报 JOURNAL OF SHANDONG I N STIT UTE OF L I GHT I N DUSTRY Vol .24　No .1 Feb . 2010 收稿日期:2009-06-24 作者简介:徐清钢(1985-),男,山东省济宁市人,山东轻工业学院硕士研究生,研究方向:有机硅高分子合成. 文章编号:1004-4280(2010)01-0033-04 耐高温有机硅树脂的合成和改性研究状况徐清钢,姚金水,李　梅,马慧荣 (山东轻工业学院材料科学与工程学院,山东济南250353) 摘要:随着军工、航天科技的发展,对胶粘剂的耐高温性能的要求越来越高。普通有机硅胶粘剂能够耐受400℃左右的高温,而改性后的有机硅树脂耐温性能显著提高。本文主要简述了耐高温有机硅树脂的合成,硅树脂耐温性的影响因素以及环氧树脂和无机硼元素对有机硅树脂的改性。关键词:有机硅;环氧树脂;硼酸中图分类号:T Q433.4+3 文献标识码:A Research st atus of synthesis and modi fi cati on of hi gh te mperature sili cone resi n XU Q ing 2gang,Y AO J in 2shui,L IMei,MA Hui 2r ong (School of Material Science and Engineering,Shandong I nstitute of L ight I ndustry,J inan 250353,China ) Abstract:W ith the devel opment of the m ilitary and aer os pace,high 2te mperature perf or mance of adhesives have become increasingly de manding .Silicone adhesive can stand with high temperature about 400℃,and the high 2te mperature perf or mance of the modified silicone resin i m p r oved significantly .This paper outlines the synthesis of high 2te mperature silicone resin,influencing fact ors of te mperature resistance of silicone resin,and modificati on of epoxy resins and inorganic bor on t o silicone resin .Key words:silicone;epoxy resin;boric acid 0　引言随着科技的日新月异,人们生活水平的不断提高,在基体复合材料领域,对胶粘剂耐温性能的要求也越来越高,特别是军工方面要求胶粘剂耐受几百甚至上千度的高温。一般有机硅树脂的耐温性在300～400℃,改性后的有机硅树脂的耐温性有了明显提高,环氧改性有机硅树脂是提高其耐温性的方法之一,另外在有机硅的大分子长链中引入无机杂原子,也是近年来改善有机硅树脂耐温性的一种新方法。本文主要以硅树脂的合成、影响耐温性的因素以及改性硅树脂的方法三个方面,详细介绍了耐温性硅树脂的发展,并简述了其广阔的发展前景。 1　硅树脂的合成和耐温性的影响因素 1.1　有机硅胶树脂的合成有机硅树脂制备的方法有很多,有缩合型,催化加成型,过氧化物固化型[1] 。由于缩合型制备得到的有机硅树脂在耐热,强度,粘结性等性能方面比较好,而且成本低廉,所以三种方法中多以缩合型为主。有机硅树脂一般是以有机氯硅烷单体(结构式为R n SiC14-n ,n =2或3,R 为甲基或苯基)为原料,经水解、浓缩、缩聚制成。有机氯硅烷的水解速度较快,但各种单体的水解速度不同:

有机硅涂料

有机硅涂料简介：有机硅涂料是一类由硅原子和氧原子交替连结组成骨架，不同的有机基团再与硅原子连结的聚合物的统称，是以有机硅聚合物或其改性聚合物为主要成膜物质的涂料，具有优良的耐热、耐寒、耐电晕、耐辐射、憎水、耐沾污、耐化学腐蚀、电绝缘性和弹性等特殊性能，近年来在产品的改性及应用上得到了迅速发展。如用有机硅树脂在建筑物表面形成一层膜材料，可有效提高建筑物表面的耐候性能（耐风蚀性能、耐雨水浸泡及耐酸雨侵蚀能力），对高档建筑，特别是古建筑保护具有一定的实际应用价值。有机硅弹性乳胶建筑装饰涂料，操作简便易控制，产品性能稳定，具有良好的粘结性、耐老化性、耐候性、不透水性和伸缩性，适应不良因素引起的墙面开裂和季节性台风、雨水压力的渗透。弹塑性有机硅“三防”涂料在室温下储存稳定性好，加入催干剂后可在室温下固化成膜，在电器、电子、石油、医药等行业中可用于电容器的防潮处理，陶瓷多孔材料的浸渍，石油仪器的防护涂敷，用作QM型心脏起搏器的保护材料，有机硅改性聚氨酯涂料等。有机硅树脂：有机硅树脂是高度交联的网状结构的聚有机硅氧烷，通常是用甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷的各种混合物，在有机溶剂如甲苯存在下，在较低温度下加水分解，得到酸性水解物。水解的初始产物是环状的、线型的和交联聚合物的混合物，通常还含有相当多的羟基。水解物经水洗除去酸，中性的初缩聚体于空气中热氧化或在催化剂存在下进一步缩聚，最后形成高度交联的立体网络结构。有机硅树脂具有良好的性能，其与一般油基树脂的性能比较见下表。有机硅树脂涂料： ?“呼吸”性有机硅防水涂料

墙体材料吸收水分会对墙体本身造成严重破坏，墙体内水分需要借助一个畅通的通道以水蒸气的形式从墙体材料中挥发。因此，降低建筑材料的吸水率，赋予外墙材料“呼吸”功能，是提高建筑物装饰、防水性能的重要途径。有机硅涂料以带有一定反应活性基团的有机聚硅氧烷为主要成膜物，其主链结构具有较强的化学亲和力，且大分子上的少量活性基团在成膜过程中与硅酸盐基材中的羟基反应。因该涂料未封闭毛细管通道，基材内部的水分能够及时向外扩散，保证基材具有良好的“呼吸”功能，该涂料可用于高档建筑物的外墙防护。用有机硅树脂在建筑物表面形成一层膜材料，可有效提高建筑物表面的耐候性能（耐风蚀性能、耐雨水浸泡及耐酸雨侵蚀能力），对高档建筑特别是古建筑保护具有一定的实际应用价值。 ?有机硅弹性装饰涂料有机硅乳胶弹性装饰涂料是在丙烯酸树脂中引入有机硅键，聚合成新型成膜物质。有机硅的加入提高了丙烯酸树脂的耐候性和耐久性，涂膜延伸率达到300%-700%，掩盖墙面微小裂纹，提高了涂料涂层的装饰功能。一般采用多步乳液聚合法制备成复合聚合物乳胶液，其中心为硬树脂。同普通胶渣比，涂膜的弹性和耐水性更好，光泽和硬度更高，耐沾污性也相当高，是一种很有发展前途的功能性涂料。反应性硅乳胶溶液由其生胶、交联剂及催化剂在一定条件下聚合而成，该溶液失水后能在常温下进行交联反应，形成具有网状结构的硅乳胶整体薄膜。有机硅弹性乳胶建筑装饰涂料，操作简便易控制，产品性能稳定，具有良好的粘结性、耐老化性、耐候性、不透水性和伸缩性，适应不良因素引起的墙面开裂和季节性台风、雨水压力的渗透。 ?弹塑性有机硅“三防”涂料在目前所有“三防”涂料中，弹塑性有机硅“三防”涂料的综合性能最好，具有可室温或低温固化、施工方便的特点。固化后的涂层既有橡胶的柔韧性，又有平滑透明的表面，并具有耐高低温冲击、高频介电性能好、“三防”性能出色等优点，可满足整机高、低频段及混合电路的保护涂敷。该涂料是线型聚硅氧烷和有机硅树脂的嵌段共聚物，采用线型聚硅氧烷在催化剂作用下与不同有机硅单体在溶剂存在下共缩聚而制得。它是一种树脂含量为50%-60%的二甲苯溶液，在室温下储存稳定性好，加入催干剂后可在室温下固化成膜，在电器、电子、石油、医药等行业中可用于电容器的防潮处理，陶瓷多孔材料的浸渍，石油仪器的防护涂敷，用作QM型心脏起搏器的保护材料等。由于其良好的透明性、抗尘性、耐大气老化、耐紫外线老化等性能，还是太阳能电池进行外玻璃封装的理想材料。有机硅树脂涂料施工： ①基层处理：基层表面要求平整，不允许有凹凸不平起砂等现象。 ②接缝处理：如屋面有3mm以上裂纹、应填密封材料，然后再涂刮涂层。 ③涂刮涂层：施工可采用滚、刮、涂、刷均可以，一般涂刮3-4道，每道涂刮参考用量0.8-1.0Kg/m2。 ④涂膜总厚度在1.5mm以上，每涂间隔时间为2-12h(具体视天气情况而定)。涂料中间可加1-2层玻纤布或其它胎体材料。

神奇的超疏水材料：我虐水滴千百遍水滴待我如初恋

神奇的超疏水材料：我虐水滴千百遍，水滴待我如初恋！神奇的超疏水材料：我虐水滴千百遍，水滴待我如初恋！一盆水泼向一块金属板，水珠像钢珠一样滚落，金属板仍然干爽；一只船桨浸入水缸，拿出来竟然未带出一滴水珠，就像是从没放进去过一样；一杯水倒在一块经过特殊处理的玻璃板上，水紧紧靠在中央“不越雷池半步”，即使用手搅出来一两滴也立即跑回去……这些违背我们肉眼“常识”的现象，就是“超疏水材料”捣的鬼。这种通过改变材料的表面自由能和表面粗糙度获得的新型材料，灵感来自于自然界中的荷叶。由于其防水、防腐蚀、抗菌的特殊效果，如今已经成为国际热门的研究领域，可以在环保、工业、医疗等各种你想象不到的领域大展身手。一、超疏水简介超疏水技术是一种具有特殊表面性质的新型技术，具有防水、防雾、防雪、防污染、抗氧化、防腐蚀和自清洁以及防止电流传导等重要特点，在科学研究和生产、生活等诸多领域中有极为广泛的应用前景。超疏水技术对于建筑工业、汽车工业、金属行业等的防腐防锈及防污也很有现实意义。特别是近年来的微电子系统、光电子元器件及纳米科技等高新技术的高速发展，给超疏水涂层的研究和应用于勃勃生机。超疏水材料的研究以诗句“出淤泥而不染，灌清涟而不妖”为契机，以科学的手段向我们解释这一奇特的自然现象，荷花表面覆盖的天然

超疏水薄膜，使得水滴聚集成股，顺势流下，冲刷着荷叶表面的淤泥，营造了出淤泥而不染的状态。因此荷叶在雨后会变得一尘不染，这种现象在生活中很常见，我们称之为“荷叶效应”。二、超疏水现象荷叶效应--超疏水性原理为什么“粗糙”表面能产生超疏水性呢?对于一个疏水性的固体表面来说，当表面有微小突起的时候，有一些空气会被“关到”水与固体表面之间，导致水珠大部分与空气接触，与固体直接接触面积反而大大减小。由于水的表面张力作用使水滴在这种粗糙表面的形状接近于球形，其接触角可达150度以上，并且水珠可以很自由地在表面滚动。即使表面上有了一些脏的东西，也会被滚动的水珠带走，这样表面就具有了“自清洁”的能力。这种接触角大于150度的表面就被称为“超疏水表面”。而一般疏水表面的接触角仅大于90度。三、自然界中的超疏水现象1999年，Barthlott和Neihuis认为：自清洁的特征是由于粗糙表面上的微米结构的乳突以及表面蜡状物的存在共通引起的；乳突的平均直径为5~9um。荷叶表面的微/纳米复合结构2002年，江雷等提出微米结构下面还存在纳米结构，二者相结合的阶层结构才是引起表面超疏水的根本原因。单个乳突由平均直径为120nm结构分支组成。超疏水各向异性的水稻叶子水稻叶表面存在滚动的各向异性，水滴更容易沿着平行叶边缘的方向流动。超疏水的蝉翼表面蝉翼表面由规则排列的纳米柱状结构组成，纳米柱的直

超疏水材料及其应用

超疏水材料及其应用落在荷叶上的雨滴形成水珠顺着叶面缓缓滚动而落下，这种抗水性称为荷叶效应。这是由于荷叶表面的疏水层呈现纳米级的凹凸不平，减少了水珠与叶面的接触面积，植物叶子表面具有的超疏水自清洁的特性，为构建人工疏水表面及设计浸润性可控的界面提供了灵感，引起了研究者的极大关注。一、超疏水材料的表面特征润湿性是指液体与固体表面接触时，液体可以渐渐渗入或附着在固体表面上，是固体表面重要特征之一，这种特征由固体表面化学组成及微观结构共同决定，接触角和滚动角是评价固体表面润湿性的重要参数，超疏水性表面具有防雪、防污染、抗氧化及防止电流传导等特性。植物叶子表面有许多丛生的放射状为茸毛，该微茸毛尖端极易亲水，入水后能瞬间锁定水分子，使叶片表层到茸毛尖端之间形成了一薄层空气膜，从而避免叶片与水直接接触。Brthltt研究发现，这种微茸毛有乳突及腊状物构成，其为微米结构。中科院研究员江雷研究发现，乳突为纳米结构，这种纳米与微米相结合的双微观结构正是引起表面防污自洁的根本原因。研究表明，具有较大接触角和较小滚动角的超疏水性表面结构为微米级及纳米级结构的双微观复合结构，且这种结构直接影响水滴的运动趋势。超疏水表面的结构通常采用两种方法。一是在疏水材料表面上构建微观结构，二是在粗糙表面上修饰低表面能物质，由于降低表面自由能在技术上容易实现，因此超疏水表面制备技术的关键在于构建合适的表面微细结构。当前，一报道的超疏水表面制备技术主要有溶胶—凝胶法、模板法、自组装法及化学刻蚀法。二、在日常生活中的应用空调夏天制冷时，换热器上会产生大量冷凝水，需要专门的排水管排到室外，这不仅降低了空调的能效比，还容易出现漏水现象，更为严重的会造成室内的空气湿度不断减小，使人们生活、工作的环境恶化。同样，冬天空调制热时，室外机换热器会结霜，为了除霜不得不经常停掉空调，这不仅浪费电能不利于制热，还容易出现各种故障。东南大学化工系陈志明教授研究发现，空调换热器的表面用超疏水材料处理后，不仅能避免上述问题的出现，还能明显降低空调器的噪声，延长空调器的使用寿命，且可节约空调器的设计成本。经过工业涂覆验证，其各项性能指标均达到了国际水平，可代替进口产品。

有机硅改性聚酯树脂的研究进展

有机硅改性聚酯树脂的研究进展王旭波,赵士贵*,杨欣欣,王峰,东青 (山东大学材料科学与工程学院,济南250061) 摘要:综述了近年来国内外有机硅改性聚酯树脂的研究进展。介绍了物理共混法和化学共聚法制备的有机硅改性聚酯树脂的特点、应用情况。展望了有机硅改性聚酯树脂的发展前景。关键词:有机硅,聚酯树脂,改性中图分类号:T Q264 1+7 文献标识码:A 文章编号:1009-4369(2006)05-0264-04 收稿日期:2006-03-20。作者简介:王旭波(1981 ),男,硕士生,主要从事有机硅产品和工艺的研究。* 联系人:E-mail:w angxubo@mail sdu edu cn 。有机硅是分子主链中含硅元素的有机高分子合成材料,主要分为硅橡胶、硅油、硅树脂及硅烷偶联剂4大类产品。目前,有机硅应用于涂料等工业的产品多为硅树脂,它以Si O Si 为主链,与硅原子相连的是各种有机基团。这一类化合物是属于半无机、半有机结构的高分子化合物,兼具无机材料与有机材料的性能,其介电性能在较大的温度、湿度、频率范围内保持稳定,还具有优良的耐氧化、耐化学品、电绝缘、耐辐射、耐候、憎水、阻燃、耐盐雾、防霉菌等特性 [1] ;广泛用于电子电气、轻工纺织、建筑、医疗等行业。但硅树脂固化温度较高(250~300 )、固化时间较长,漆膜的机械性能、附着力和耐有机溶剂性能较差。在现代工业中,聚酯树脂是制造聚酯纤维、涂料、薄膜以及工程塑料的原料,通常由二元酸和二元醇经酯化和缩聚反应制得。这类聚合物的一个共同特点是其大分子的各个链节间都是以酯基相连,通称为聚酯 [2] 。聚酯具有光亮、丰满、硬度高、物理机械性能良好以及耐化学腐蚀性能较好等优点;但存在耐水性差、施工性能不好等缺陷。用有机硅对聚酯树脂进行改性,使两种聚合物材料的优势得到互补,可以大大提高树脂的性能,扩展其使用范围 [3] 。近几年来,有机硅改性聚酯树脂在国外的研究较多,但在国内的研究却较少,发展十分缓慢。 1 改性方法目前,制备有机硅改性聚酯树脂的方法主要有物理共混法和化学共聚法两种。一般而言,化学改性树脂的性能优于物理改性树脂。 1 1 物理共混法物理共混法是将聚酯树脂与硅树脂通过物理方法混合起来的方法。物理共混法又可分为简单共混法和添加第三相共混法两种。简单共混法就是将聚酯树脂和硅树脂直接混合,以提高聚酯树脂的耐热性和耐候性等;但由于硅树脂与聚酯树脂的相容性较差,会导致硅树脂溢出,在表面富集而发生微相分离,影响改性树脂的硬度、稳定性及机械性能。为了解决硅树脂与聚酯树脂相容性差的问题,可以添加第三相[4]。即在硅树脂和聚酯树脂混合体系中,增加第三种化合物,如硅烷偶联剂等。由于硅烷偶联剂与硅树脂和聚酯树脂的溶度参数接近,所以可作为中间相把二者结合起来,从而增大二者的相容性,增强共混体系的稳定性。 C A Fustin 等人用含端乙烯基的硅氧烷预聚物与聚对苯二甲酸丁二醇酯在熔融状态下共混,发现两者在高温下具有良好的相容性,在催化剂存在下能够共聚,形成有机硅/聚酯热塑性弹性体[5]。日本信越化学工业公司已开发出耐综述专论有机硅材料,2006,20(5):264~267 SI LICON E M AT ER IAL