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1、新型有机硅自洁耐沾污机理的研究摘 要:以有机硅树脂低聚物为主要成分制备的耐沾污剂,不仅具有优异的自洁耐沾污性能,而且固化迅速。用FTIR、GPC等分析仪器对有机硅低聚物的结构与性能进行了表征测试,并通过SEM、接触角测量仪等对影响有机硅防污剂的耐沾污因素及机理进行了研究。关键词:有机硅树脂;自洁耐沾污;低聚物;红外光谱仪;凝胶渗透色谱仪0 引 言随着人们对房屋装饰要求的不断提高,对装修材料质量要求越来越高,市场上现有的一些高档装饰材料,如抛光砖等,因其集花岗石的耐磨、耐腐蚀、强度高以及大理石、印花彩釉砖的丰富装饰效果于一体,表面光洁如镜,渗花色彩丰富而深受欢迎。但是由于在烧制和抛
2、光过程中其表面形成很多缺陷,当和污染物接触时,由于毛细管现象和表面吸附,使其污染而影响产品的清洁和美感。为克服此缺点,可在表面涂覆一层防污剂改变其表面状态以达到耐沾污的效果。现常用的防污剂主要有苯乳胶、聚乙烯、硅油和地板蜡等几种,它们主要是通过在基材表面形成一层憎水层达到耐沾污的目的,但共同的缺点是与基质的粘接性不好,不耐摩擦;而且地板蜡在较低的温度下会析出,影响耐沾污效果和美观。而以特殊工艺制备的有机硅树脂为主体树脂的防污剂,由于硅树脂中的Si—OH基和基质表面的羟基反应生成牢固的化学键,不仅可提高涂层与基质间的附着力,而且由于有机硅树脂本身的低表面能特性,具有超强的自洁耐沾污
3、功能[1];在溶剂的促进下,有机硅树脂可以很好地渗进基材的毛细孔和表面缺陷中形成交联网络,实现耐沾污功效。本文用红外光谱仪(FTIR)、凝胶渗透色谱(GPC)等分析仪器对有机硅低聚物的结构与性能进行了表征;并通过扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量仪等对影响耐沾污性的因素及耐沾污机理进行了研究。1 实验部分1.1 原材料有机硅低聚物及自洁防污剂由西北工业大学应用化学系提供。1.2 分析测试红外光谱分析:WQF-310TF-IR红外光谱仪,将样品涂于溴化钾盐片上进行FTIR分析;相对分子质量及其分布测定:Breeze型凝胶渗透色谱仪,四氢呋喃(THF)为溶剂,聚苯乙烯为标样,溶剂流
4、出速度0.5mL/min;扫描电镜分析:AMRAY-1000B型SEM,加速电压:20keV,分辨率:1024×1024;接触角测量:JY-82型接触角测定仪。1.3 吸水率的测定将抛光砖裁成3cm×3cm的小块,放入防污剂中浸泡1min,取出室温放置30min后,放入120℃烘箱中固化60min,于干燥中冷却至室温,称量(m吸水前),然后在蒸馏水浸泡一定时间(25℃),用滤纸吸去多余的水分,立即称量(m吸水后)。吸水率按下式计算:吸水率=(m吸水后-m吸水前)/m吸水前×100%1.4 固含量测定在培养皿中准确称量一定量的防污剂,置于120℃烘箱中,每隔一段时间取出在干燥器中冷
5、却至室温,称量,反复至恒量。固含量按下式计算:固含量=(m固化后/m固化前)×100%2 结果与讨论2.1 聚合产物的结构表征图1为有机硅低聚物的红外光谱图,从图1可以看出,有机硅低聚物在3435cm-1处有硅羟基的吸收峰,2973cm-1处为C—H的伸缩振动吸收峰,1260cm-1和800cm-1处为Si—CH3的特征吸收峰;低聚物在1027cm-1处的峰不明显,而1087cm-1处的峰比较突出,这可能是由于Si—OR的存在使1087cm-1处的吸收峰迭加的缘故。图1 聚合物的红外光谱2.2R/Si值对防污剂性能的影响通过改变R/Si值(R为有机基团,R/Si值表示每个硅原子上
6、平均含有的有机基团数),可以调整聚合物的平均分子质量和交联结构,进而实现从硅油、硅橡胶到硅树脂的转变,从而满足不同场合的使用要求。本文着重讨论了R/Si值在0.7～1.6范围内,对涂层吸水性和防污性的影响。2.2.1R/Si值对吸水性的影响涂覆防污剂不但改变了抛光砖的表面化学组成和状态,也影响了与其他物质接触时的相互作用。图2是未涂防污剂和涂覆不同R/Si值防污剂的抛光砖的吸水率曲线。从图2可以看出,未涂防污剂的抛光砖吸水率随时间的延长变化很快,在36h左右达到平衡,吸水率为0.177%;而涂覆防污剂的抛光砖吸水率明显降低,在6～8h达到吸水平衡,吸水率为0.023%;且随着R/
7、Si值增大,平衡吸水率降低。原因是在有机硅树脂中,主链为疏水性的Si—O—Si结构,侧基为甲基,是非极性基团,且围绕Si—O—Si主链朝外排列,使聚硅氧烷表现出较强的憎水性,甲基越多,憎水性越强,因而吸水率随着R/Si值增大而降低。当R/Si值大于1.3时,R/Si值的增大对吸水率的影响不明显。图2R/Si值与吸水率的关系曲线2.2.2R/Si值对耐沾污性的影响将防污剂的沾污性分为5级,0代表没有效果;1代表有一定效果,但酒精擦拭后仍有明显痕迹;2代表酒精擦拭后有较浅痕迹;3代表
