仿生超疏水二氧化硅／聚氨酯复合涂层的制备及性能.pdf

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1、第3O卷第1期高分子材料科学与工程VO【．30．NO．12014年1月POLYMERMATERIALSSCIENCEADENGINEERINGJan．2014仿生超疏水二氧化硅／聚氨酯复合涂层的制备及性能喻华兵一，汪存东，李瑞丰(1．太原理工大学精细化212研究所，山西太原030024；2．中北大学化工与环境学院，山西太原030051)摘要：以纳米二氧化硅(Si02)和不同有机硅含量改性的聚氨酯(PU)为原料，以乙酸乙酯为分散荆，采用简单的喷涂工艺，通过仿生的方法制备出与荷叶表面结构相似的Si()'／Pu微一纳米复合涂层。／,1扫描电镜(sEM)对涂层表面进行了表征，研究了Si()'与P

2、u的质量比以及有机硅含量对涂层表面结构及接触角的影响，并考察了涂层结构的稳定性，分析了涂层的形成机理和结构特点。结果表明，涂层表面具有与荷叶表面相似的微一纳米结构，si02与PU的质量比在4：5至3：5之间，有机硅质量分数大于15％时，涂层的水接触角为158，滚动角为3。，具有超疏水特性，并且结构稳定，测试胶带剥离6次后，涂层仍具有超疏水特性。关键词：仿生；超疏水；复合涂层；微一纳米结构；聚氨酯中图分类号：TQ323．8文献标识码：A文章编号：1000—7555(2014)01—0136—05超疏水性是指物体表面与水接触时所形成的接触1实验部分角大于150。，滚动角小于l0。的疏水性能。

3、超疏水表面1．1实验药品与仪器在现实生产、生活中具有广阔的应用前景，可用于防市售纳米二氧化硅(SiO2)：粒径约为15nm，太仓水、防污、自清洁、流体减阻、抑菌等领域’。寻求、欣鸿化工有限公司；乙酸乙酯：分析纯，北京化工厂；甲开发和研制具有高性能的新型疏水材料一直是科学家苯二异氰酸酯(TDI)：分析纯，上海试剂厂；聚丙二醇们所关注的课题，也是多年来仿生学领域研究的热点(PPG—1000)：工业品，海安国力化工有限公司；羟基硅之一。油：羟基含量9％，化学纯，济南豪耀商贸有限公司。目前制备超疏水性材料的方法主要有：刻蚀上壶喷漆枪：日本岩田W一71型，喷嘴口径1．0法[3。、静电纺丝法[、等离

4、子技术[引、相分离法[、模mm；超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司，KQ一板法7]和溶胶一凝胶法8j等。这些方法大多工艺复杂、50DA型；接触角测试仪：上海中晨数字技术设备有限设备昂贵，大面积制备困难，并且表面粗糙结构脆弱，公司，]C2000C型；场发射扫描电镜(SEM)：日本日立使得涂层的力学性能以及对基体的防护性能均较差，S4700型；测试胶带：美国3M610型，规格19ram×达不到持久超疏水的作用。因而制约了超疏水涂层在66m。工业上的广泛应用。1．2有机硅改性聚氨酯的制备本研究根据荷叶表面超疏水微一纳米结构的特在装有冷凝管、搅拌器和温度计的四口瓶中加入点J，采用纳米二氧化硅(

5、SiO2)、有机硅改性聚氨酯聚丙二醇(PPG)，110℃真空脱水2h，然后冷却到60(PU)为原料，复配成混合分散液，采用喷涂工艺，结合℃，加人计量好的甲苯二异氰酸酯(TDI)，滴加3滴二组分间的相分离、自组装技术，构建出类似荷叶表面微月桂酸二丁基锡(DBTL)催化剂，控制反应温度为75一纳米粗糙结构的sioji@超疏水涂层。这种涂层结℃～80℃，反应2h。再加入羟基硅油进行扩链，反应合了聚氨酯和二氧化硅材料的优点，具有易得，附着力2h。分别制得分子链中有机硅质量分数为3％、5％、好、可大面积制备、结构稳定、超疏水持久等特点，应用8％、10％、15％、18％的湿固化型有机硅改性聚氨酯。前

6、景可佳。反应机理如Fig．1所示。收稿日期：2013—08．22基金项目：山西省青年科技研究基金项目(20130210124)通讯联系人：喻华兵，主要从事功能材料的合成及应用研究，E—mail：yuhuabing80@163．tom孽第l期喻华兵等：仿生超疏水二氧化硅／聚氨酯复合涂层的制备及性能象，结构比较稳定，粘接强度较好。其原因：一方面湿的蜡质层。于是SiO，／PU涂层表面有了与荷叶表面固化型聚氨酯中的异氰酸酯基与玻璃基材上的羟基以相类似的带有蜡质层的微一纳米粗糙结构，也就有了与及基材表面吸附的水汽进行反应；另一方面湿固化型荷叶相似的超疏水特性。聚氨酯中的异氰酸酯基与纳米二氧化硅上的

7、羟基反制备的SiO，／Pu微一纳米复合涂层中各组分通过应，使纳米二氧化硅、聚氨酯、有机硅以及基材通过化化学键形成了一个有机整体，表面的有机硅涂层不容学键形成了一个强相互作用的整体，赋予涂层很好的易脱落，涂层的结构稳定不容易被破坏，所以这种涂层粘接强度。由于涂层表面微一纳米结构不易被破坏，故具有超疏水性持久的特点，有很强的实用性。涂层的使用价值大大提高。3结论Tab．2EffectofStrippingTimesontheHydrop