秦皇岛市环氧/聚二甲基硅氧烷/MCM-41 超疏水涂层的制备与性能研究

环氧/聚二甲基硅氧烷/MCM-41 超疏水涂层的制备与性能研究

由于超疏水涂层表现出优异的特点如防冰性、耐油水分离性、防雾性、自清洁性、防污性、减阻性等，从而受到了研究者们的广泛关注。制备超疏水涂层的方案主要有2种：（1）对疏水表面进行粗糙化处理；（2）引入低表面能材料对粗糙表面进行疏水改性。

采用方案（1）对疏水表面进行粗糙化处理的方法有：静电纺丝法、化学气相沉积法（CVD）、等离子刻蚀、溶胶-凝胶法、光刻法等。然而，以上方法存在如设备成本昂贵、工艺复杂、对操作技术要求较高等缺点。

为了克服上述问题，研究者们通常采用方案（2）即引入低表面能材料对粗糙表面进行疏水改性，通常采用化学改性如接枝的方法引入有机硅或有机氟官能团，使其与二氧化硅纳米颗粒（SiO2 NPs）通过化学键进行结合，得到具有疏水功能的SiO2 NPs，随后通过树脂基体、化学吸附或物理吸附使功能化的SiO2 NPs与基体牢牢结合形成超疏水涂层。Tian等通过引入1H，1H，2H，2H-全氟十二烷基三乙氧基硅烷（PFDTES）对SiO2 NPs进行改性，通过官能团接枝实现化学结合，但是此方法引入了氟化官能团，可能会对环境造成污染，且采用了较为复杂的化学接枝方法，制备工艺较为繁琐。Sun等采用两步法对SiO2 NPs进行疏水改性，首先用乙烯基三乙氧基硅烷（VTEOS）对SiO2 NPs进行改性，随后使硅烷改性的SiO2 NPs和苯乙烯（St）进行反应，使St上的一些疏水官能团接枝到SiO2 NPs颗粒上实现疏水改性。然而，此方法较为繁琐（需要两步改性），不适合批量生产及大规模应用。Seyfi等采用了简单的喷涂法制备了弹性聚氨酯（TPU）/改性的SiO2 NPs超疏水涂层，但是也引入了较为复杂的接枝方法，所制备的涂层力学性能较差且需要高温固化，对能源形成了浪费。Wang 等设计了一种改善超疏水涂层耐磨性的方案，通过引入硅氧烷单体将SiO2 NPs进行包覆，形成复杂网状颗粒结构实现对SiO2 NPs的疏水化改性，之后将其与聚甲基氢硅氧烷（PMHS）混合制备超疏水涂层，该涂层可以耐150周期的磨损试验和500次胶带剥离试验。然而此方法依然采用了接枝的方法对SiO2 NPs进行改性，且需要高温固化。通过上述研究可以看出，普通的SiO2（无孔SiO2）的改性方法仅限于化学接枝法。

基于无孔SiO2改性的局限性，本研究引入了介孔SiO2纳米颗粒（MCM-41）。MCM-41具有比表面积大（900 m2/g）、内部多孔结构（孔径2~20 nm）的特点，在催化剂载体、生命医学、载药等方面已得到应用，但在超疏水方面鲜有应用。