環氧/聚二甲基硅氧烷/MCM-41 超疏水涂層的制備與性能研究

由于超疏水涂層表現出優異的特點如防冰性、耐油水分離性、防霧性、自清潔性、防污性、減阻性等，從而受到了研究者們的廣泛關注。制備超疏水涂層的方案主要有2種：（1）對疏水表面進行粗糙化處理；（2）引入低表面能材料對粗糙表面進行疏水改性。

采用方案（1）對疏水表面進行粗糙化處理的方法有：靜電紡絲法、化學氣相沉積法（CVD）、等離子刻蝕、溶膠-凝膠法、光刻法等。然而，以上方法存在如設備成本昂貴、工藝復雜、對操作技術要求較高等缺點。

為了克服上述問題，研究者們通常采用方案（2）即引入低表面能材料對粗糙表面進行疏水改性，通常采用化學改性如接枝的方法引入有機硅或有機氟官能團，使其與二氧化硅納米顆粒（SiO2 NPs）通過化學鍵進行結合，得到具有疏水功能的SiO2 NPs，隨后通過樹脂基體、化學吸附或物理吸附使功能化的SiO2 NPs與基體牢牢結合形成超疏水涂層。Tian等通過引入1H，1H，2H，2H-全氟十二烷基三乙氧基硅烷（PFDTES）對SiO2 NPs進行改性，通過官能團接枝實現化學結合，但是此方法引入了氟化官能團，可能會對環境造成污染，且采用了較為復雜的化學接枝方法，制備工藝較為繁瑣。Sun等采用兩步法對SiO2 NPs進行疏水改性，首先用乙烯基三乙氧基硅烷（VTEOS）對SiO2 NPs進行改性，隨后使硅烷改性的SiO2 NPs和苯乙烯（St）進行反應，使St上的一些疏水官能團接枝到SiO2 NPs顆粒上實現疏水改性。然而，此方法較為繁瑣（需要兩步改性），不適合批量生產及大規模應用。Seyfi等采用了簡單的噴涂法制備了彈性聚氨酯（TPU）/改性的SiO2 NPs超疏水涂層，但是也引入了較為復雜的接枝方法，所制備的涂層力學性能較差且需要高溫固化，對能源形成了浪費。Wang 等設計了一種改善超疏水涂層耐磨性的方案，通過引入硅氧烷單體將SiO2 NPs進行包覆，形成復雜網狀顆粒結構實現對SiO2 NPs的疏水化改性，之后將其與聚甲基氫硅氧烷（PMHS）混合制備超疏水涂層，該涂層可以耐150周期的磨損試驗和500次膠帶剝離試驗。然而此方法依然采用了接枝的方法對SiO2 NPs進行改性，且需要高溫固化。通過上述研究可以看出，普通的SiO2（無孔SiO2）的改性方法僅限于化學接枝法。

基于無孔SiO2改性的局限性，本研究引入了介孔SiO2納米顆粒（MCM-41）。MCM-41具有比表面積大（900 m2/g）、內部多孔結構（孔徑2~20 nm）的特點，在催化劑載體、生命醫學、載藥等方面已得到應用，但在超疏水方面鮮有應用。