从以上理论分析可知,疏水涂料的疏水性离不开低表面能材料,超疏水性的实现离不开特定的表面粗糙度的疏水表面。有机硅/氟材料是最重要最常用的低表面能疏水材料,聚二甲基硅氧烷的表面能为21~22 mN/m,全氟烷则更小,为10 mN/m,比一般的有机化合物都小,远比水的表面能(72.8 mN/m)小,具有显著的疏水性。 氟元素的电负性最强,原子半径很小,原子极化率很低,有机氟化合物中C-F键键能大,氟原子沿着碳键作螺线形分布,具有屏蔽效应,分子间作用力小,表面能很低。氟碳涂料中PTFE、FEP、ECTE、ETFE、PFA等是常用的耐候绝缘疏水涂料。也有人用PTFE、氟化聚乙烯、氟碳蜡或其它合成含氟聚合物等来制作超疏水涂膜。但氟树脂与基体表面存在弱界面层,与金属等基体结合强度差,需结合其它技术提高其对底材的粘附力,应用范围 有明显限制。以后氟聚合物涂料发展为含氟聚氨酯、含氟丙烯酸酯、含氟环氧树脂等具有功能性的高耐候性建筑涂料。这些氟聚合物涂料在成膜过程中含氟组分或侧基向涂料表面迁移,排列在涂层的表面,且其分子链上的氟原子在涂层/空气界面处定向排列,获得较高的表面疏水性。 氟化单体如偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯、八氟丁烯等气体分子通过等离子气相沉积技术在表面上沉积成CFx层,此氟碳涂层能很好地附着在底材上,形成部分交联的密实的连续涂层,具有超疏水性。聚硅氧烷分子链卷曲,并具有螺旋形结构,分子间作用力十分微弱,表面能低。有机硅价格适宜,耐候性好,是一类广泛使用的疏水涂料用低表面能材料。作为添加剂使用的有机硅或侧链带有机硅基团的涂料在成膜过程中有机硅部分向空气一侧迁移,可获得显著的表面疏水性和防污性。 含硅丙烯酸酯是一类新型的高性能的有机硅单体,特别是(甲基)丙烯酸酯化的笼型低聚倍半硅氧烷(POSS),国外已开发用于纳米科技、电子信息材料的光刻胶等高新技术行业和高档涂料领域中。 有机硅偶联剂RaSi(Rb)nX3-n,其中Ra为C1~24的直链或支链烷基或与硅原子相隔1~8个碳的芳香基团,Rb为C1~6的短直链或支链烷基,X为可水解的基团如卤素、烷氧基等,n=0,1,2。在处理固体表面时偶联剂一端与表面活性基团反应,另一端向空气一侧形成定向排列成单分子层,具有显著的避水效果,在特定的粗糙表面上通过这种分子自组装形成超疏水表面。常用一种或一种以上的偶联剂,如三甲基氯硅烷与丙基二甲基氯硅烷、烷基三烷氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷与四乙氧基硅烷及3-缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷。 在硅烷或聚硅氧烷中引入氟原子可进一步降低有机硅表面能,提高其疏水疏油性。典型的疏水氟/硅材料中氟代烷基硅烷(FAS)是常用的表面疏水处理材料,分子一端是全氟或含氟烷基,另一端是可水解反应的1至3个功能基的基团如卤素、烷氧基等,如C8F17CH2CH2SiCl3、C8F17SiCl3、C8F17CH2CH2-Si(OCH3)3、C10F21SiCl3、C6F13(CH2)2(CH3)2 SiCl、C6F13(CH2)2Si (OC2H5)3、C6F13CH2CH2Si(CH3)(OCH3)2,它们在粗糙的固体表面上通过自组装也能形成超疏 水效果。 |