含硅低表面能防粘附涂层研制与应用研究

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含硅低表面能防粘附涂层是基于硅改性聚合物体系的平滑功能性涂层。防粘附涂层对多种水/油性液体和固态污染物展现出的防粘附性使其可以用于多种表面的自清洁、防涂鸦、防腐蚀和减阻等等,具有广阔的应用前景。由于硅油和聚合物体系相溶性差,现有含硅低表面能防粘附涂层制备工艺复杂,制备过程多依赖于有机溶剂,严重限制了该类涂层材料的开发及应用。因此,开发工艺简便的水性化/无溶剂含硅低表面能防粘附涂层成为了表面防粘附领域亟待解决的瓶颈问题。本文基于乳液聚合的工艺制备了一种水性含硅低表面能涂层和基于室温湿气固化的机理制备了一种无溶剂的含硅低表面能涂层,探究了涂层的表面润湿性与低表面能组分和涂层的交联程度之间的关系,揭示了光滑的类液态表面和聚合物网络的充分交联有利于降低界面间的粘附和抑制液体对涂层的润湿,为今后相关低表面能防粘附材料开发及应用提供理论依据和技术储备。具体开展的研究工作如下:以高度甲醚化的三聚氰胺甲醛树脂(HEMF)作为固化剂,与羟基乳胶粒(PPHs)和带有端羟基亲水侧链的有机硅表面活性剂(SSH)进行交联,获得了抗润湿性和机械化学稳定性良好的涂层。涂层对多种液体如水、十六烷、花生油、泵油和原油等都展现了优异的防粘附效果,经过刀割、冲击、弯曲、4000次织物磨损和7天腐蚀测试后仍具有防原油粘附的效果,展示了涂层巨大的应用潜力。以硅烷偶联剂作为交联剂,利用烷氧基的水解和硅羟基间的缩合实现涂层在室温条件下固化。通过硅羟基的缩合反应引入大量低分子量的羟基硅油,避免了溶剂的使用,获得了具有高透明度和优异的防粘附性能的涂层。由于聚合物网络中大量硅链的存在,涂层的玻璃化转变温度低至约-35℃,聚合物链具有较强的流动性,使得涂层表面光滑,多种液体在涂层表面的滑动角低于5°,胶带从涂层表面剥离的剪切强度几乎为0。通过考察应用在生活场景中如墙体、橱柜和瓷砖上涂层的防粘附性能,展示了涂层的应用潜能。
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