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影响聚二甲基硅氧烷涂层表面疏水性的因素王平
影响聚二甲基硅氧烷凃层表面疏
水性的因素
王平
(北京化工大学北京,10009
摘要;本文讨论了聚二甲基硅氧烷与其他聚合物共混及固化剂的种类对聚二甲基硅氧烷
涂层表面疏水性的影响。
关键词:二甲基硅氧烷疏水性涂层有机硅
聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂层具有低的表面能,在各种高分子材料中仅次于有机氟材料,
常用做防水、防粘材料。为了使涂层具有低的表面能又与基底有良好的黏合性,常将PDMS与
其他表面能较高的聚合物共混。固化剂的种类对PDMS涂层表面疏水性及与基底的黏合性
也有重要影响?。因此,研究PDMS与其他表面能较高的聚合物共混及固化剂的种类对涂层表
面疏水性的影响是很重要的。本文是作者有关研究工作的综述。
1PDMS与其他表面能较高的聚合物共混对涂层表面疏水性的影响
研究了PDMS与聚氨酯(PUD共混涂层及PDMS与氯磺化聚乙烯(CSP)共混涂层的表面疏水
性。这里以PDMS与PU共混涂层为例说明其变化规律性。
1,1试验部分
1.1.1共混涂膜的制备与固化
端羟基聚二甲基硅氧烷( HTPDMS)黏均分子量为3x1)。聚氨酯黏均分子量为8x10(,为热
塑性聚酯型,元素分析含氮量为1.5%。
将PU配制成14.3%的环已酮一甲乙酮(质量比为1:3)溶液,在电磁搅拌器上使 HTPDMS与
PU的上述溶液充分混合均匀。在搅拌条件下,加入醇型缩聚固化剂及催化剂二月桂酸二丁基
锡,搅拌均匀后立即在聚酯片基上涂膜。将涂膜放入30℃相对湿度为(70t5)%的调温调湿箱中
使涂膜固化干燥。 H'TPDMS醇型缩聚固化反应为:
催化剂
3H-OSI(CH,)-,OH +R-SILOC, H).
(HPU为溶剂蒸发型固化。
在固定固化剂及催化剂用量的条件下,制成一系列PU与 HTPDMS配比不同的PU
HPDMS混合膜,根据GB-1728-79指触法确定涂膜是否达到表面干燥。涂膜表面干燥后,每隔
数小时测定涂膜表而的滑动角。当滑动角达恒定值时,表明涂膜已完全固化
1.1.2涂膜表面疏水性的测定
第届高功渝料的开发与应用技米研讨会22P年4月中国?杭州
氟硅材料与涂料
用滑动角門表示涂膜表面疏水性。滑动角值越大,涂膜表面疏水性越弱
1.13涂膜表面元素成分测定
使用英国VG公司 ESCA LBA-5型光电子能谱仪测定涂膜表面的XPS谱图(X射线光电
子能谱)。
1.1,4相均一性测定
采用 Nikon相差显微镜,放大倍数200。
1.2结果与讨论
1.21 EUNPDMES与PU在一定下滑动角出现最低值
表1及图1是滑动角与 HTPDMS-PU涂膜配比的关系的试验结果。结果表明
(1)当 HTPDMS含量为33%左右时滑动角最低。(2)各种配比的共混涂膜的滑动角值都比纯
PU的明显降低,即只要少量的PDMS存在,即可提高涂膜表面的疏水性。
表1滑动角(り)与 AMTPDMES-PU配比的关系
编号 HTPDMS/ PU HTPDMS质量分数
gp/()
涂膜表现状态
1:0
表面光滑
0.50
6.4
表面粗糙
0.33
5.9
表面基本光滑
0.25
6.4
表面光滑
1:4
0.20
7,4
表面光滑
1:5
0.17
77
表面光滑
7
16
0.14
7,8
表面光滑
0
13.2
表面均一
PDMS比PU表面能低许多,随共混涂膜中PDMS成分增加,似乎滑动角应该逐渐降低,而
试验结果却是在PDMS增加到33%左右时,滑动角反而上升。考虑到影响涂膜表面滑动角的
因素可以归纳为两方面,一方面是表面层的化学组成,另一方面是表面的几何形态。为此,从这
两方面做了进一步分析研究。
1.2.2表面元素成分随配比的变化规律
HPDMS与PU各种配比涂膜的表面元素XPS分析结果见表2及图2。
表2涂膜表面元素的原子数比
编号
0
C/O体相 HTPDMS/质量分数
0.400
0.620
1.61
1.00
123
0.400
0.620
1.6
0.402
0.615
1.62
0.33
0.375
0.592
0.364
0.582
N0000000
1.7
0.20
0.359
0.582
0.357
0.581
1,72
0.14
0
0.452
0.02
2.20
第二属高功能潨料的开投与应用技术研讨会2ZP年4月中国?杭州
影响聚二甲基硅烷涂层表面疏水性的因王平
0.400
8.0
0.3
0.380
6.0
370
5,0
0.360
0れ3046
0.350
01020
HTPDMS/%0
HTPDMS/%0
图1滑动角(φ)与 ETPDMS-P
图2涂膜表面I元素相对含量与
配比的关系
体相 HTPDMS含量的关系
试验结果表明,表面层i元素含量不随 HTPDMS在体相含量的增加而线性地增加,由于
PU中不含Si,因此,Si元素在表面层的含量代表了PDMS在表面层的含量也就是说在初始阶
段表面层PDMS随体相浓度增加面逐渐增加,当体相 HTPDMS质量分数为0.33左右时,表面
层已完全被PDMS反覆盖。这表明,在PU-PDMS共混体系中,PDMS有明显的向表面富集的特
性
为了进一步证实PDMS向表面富集的特性,分别测定了3号涂膜与空气接触面及底层与
聚酯片基接触面的XPS谱图并与纯PDMS及PU谱图进行对比。表3及图3~5是试验结果。
数据及谱图说明,3号膜上表面元素成分与纯PDMS所覆盖。3号膜下表面的Cs谱图与
PU近似,元素组成中PDMS显著减少。这些结果,更证实了PDMS向表面富集的特性。
表33号涂膜上、下表面及纯PDMS、PU的XS元素比分析结果
涂膜
C
3号涂膜上表面
0.400
0.620
0
3号涂膜下表面
0,145
0.507
0.01
PDMS
0.400
0.620
PU
0.426
0.02
根据上述结果,如果表面硫水性(滑动角)只与表面化学组成相差,滑动角在达到( HTPDMS
质量分数为0.3时)最低值5.9°后,就应该保持恒定。而实际结果是 HTPDMS含量继续增加
时,滑动角反而上升,分析其原因可能是分相性造成的表面几何状态的改变引起的。为此做了
分相性的研究。
1.23PDMS体相含量对相均一性的影响
3号膜与2号膜表面元素成分皆与PDMS相同,而2号膜滑动角高于3号,且2号膜表面
粗糙。这一现象有可能起因于