加成型硅膠基防粘涂層性能研究

管東波，邊塞英男，翟曉杰，朱永福，李金良

(吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，教育部汽車材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長春 130025)

1 引 言

防粘性是一種物體難以在另一種物體表面附著的一種特性，具有這種特性的表面實(shí)際應(yīng)用范圍很廣，例如，鉆探過程中鉆桿在遇到較軟的巖層時，鉆桿表面會發(fā)生粘接，導(dǎo)致鉆探效率下降[1]；醫(yī)學(xué)手術(shù)過程中，一些軟組織容易粘連到電刀或電極表面，導(dǎo)致手術(shù)難度增大和醫(yī)療事故的發(fā)生，所以在微創(chuàng)手術(shù)中，電刀或電極表面需要進(jìn)行防粘處理[2，3]；X射線天文望遠(yuǎn)鏡鏡片和模具之間需要用到防粘涂層，從而可以使鏡片順利地與模具脫離[4]；納米光刻印刷技術(shù)中需要在基板上涂覆防粘涂層，起到防粘作用[5，6]。所以，獲得具有防粘性能的物體表面具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

POSS是一種籠型聚倍半硅氧烷，通式為(RSiO3/2)n，式中的R為立方體頂角上的硅原子所連接的基團(tuán)。POSS材料的主要性質(zhì)取決于其分子結(jié)構(gòu)中的R基，R基可為反應(yīng)性基團(tuán)[7，8]或惰性基團(tuán)[9]。為了降低涂層的表面能，本文選用POSS中的R基是-CH2-CH2-CF3，并以加成型硅膠為主要成膜物質(zhì)，添加納米SiO2降低涂層的表面能，研究涂層的表面性能。研究發(fā)現(xiàn)，涂層具有較好的防粘效果。

2 涂層的制備及試驗(yàn)

2.1 涂料的制備

將雙組分加成型硅膠和催化劑(A/B/C，A為聚甲基乙烯基硅氧烷，B為氫基聚甲基硅氧烷，C為鉑催化劑)按照一定的質(zhì)量比及順序依次添加，然后加入樣品總質(zhì)量5%的納米SiO2，并依次添加相當(dāng)于A、B總質(zhì)量的0%、1%、2%、3%、4%、5%的POSS粉末，攪拌3min，使之均勻混合，得到防粘涂料。

2.2 涂層的制備

將所得的涂料均勻地涂覆于鋁金屬片上，然后室溫固化4h，得到防粘涂層。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 紅外光譜分析

圖1是樣品的紅外光譜分析圖，由圖可見，2163cm-1的-Si-H振動峰減弱，1597cm-1的-C=C-振動峰基本消失，說明涂層的固化反應(yīng)基本完成。

圖1 涂層表面紅外光譜圖

3.2 接觸角測量

圖2為涂層表面的接觸角測試結(jié)果，從中可以看出，當(dāng)POSS質(zhì)量含量為3%時，接觸角達(dá)到92.9°；隨著POSS含量的增加，接觸角呈逐漸下降的趨勢。這可能是由于隨著POSS含量的增加，粉體在涂層中的分布呈現(xiàn)不均勻的狀態(tài)。

圖2 涂層表面接觸角趨勢圖

3.3 表面形貌測量

圖3是涂層的原子力顯微鏡形貌圖，從中可以看出，隨著POSS含量的增加，涂層表面的粗糙度值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。當(dāng)POSS質(zhì)量含量為3%時，表面的粗糙度值達(dá)到25.2nm；當(dāng)POSS質(zhì)量含量超過3%時，表面粗糙度值開始下降，這與接觸角的變化趨勢相一致。

(1)POSS質(zhì)量含量=1%(Sa=12.6nm)

(2)POSS質(zhì)量含量=2%(Sa=14.2nm)

(3)POSS質(zhì)量含量=3%(Sa=25.2nm)

(4)POSS質(zhì)量含量=4%(Sa=18.0nm)

(5)POSS質(zhì)量含量=5%(Sa=15.5nm)圖3 涂層表面形貌圖

3.4 涂層表面防粘力測試

為研究涂層材料表面的防粘力，本試驗(yàn)使用長度為3cm的聚氨酯膠帶粘于樣品表面，并用1kg重物壓于聚氨酯膠帶上面，保壓3h、6h、9h、12h后，分別用拉力計(jì)拉聚氨酯膠帶測量防粘力，測試結(jié)果如圖4所示。

圖4 POSS含量及重物施壓時間對涂層表面防粘力的影響

從圖中可以看出，隨著體系內(nèi)POSS含量的增加，材料表面防粘力呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，即：當(dāng)POSS質(zhì)量含量從0%到3%時，涂層表面的防粘力逐漸下降，到達(dá)3%時最小，然后上升。但隨著膠帶表面施加重物時間的增加，防粘力均呈現(xiàn)上升的趨勢，這說明表面的有機(jī)硅存在界面遷移的現(xiàn)象，隨著這種遷移現(xiàn)象時間的延長，表面的防粘效果變差，所以要延長加成型硅膠基防粘涂層的使用壽命，就要盡量控制有機(jī)硅向粘接物體表面的遷移速率。

4 結(jié) 論

(1)當(dāng)POSS質(zhì)量含量為3%時，防粘涂層表面的接觸角為92.9°。

(2)當(dāng)POSS質(zhì)量含量為3%時，防粘涂層表面的粗糙度值為25.2nm。

(3)隨著體系內(nèi)POSS含量的增加，材料表面防粘力呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。隨著涂層表面施加重物時間的增加，防粘力均呈現(xiàn)上升的趨勢，防粘效果變差。