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利用硅烷偶联剂进行表面疏水改性研究进展

近年来,荷叶效应和润湿理论的研究带动了疏水表面的研究,而疏水表面在生物医学、建筑、纺织品、交通运输和日用品等领域也具有越来越广泛的应用前景。构建疏水表面的途径主要有在固体表面修饰低表面能的物质和改变疏水材料表面的粗糙度这两种方式,而在固体表面修饰低表面能的物质则更为常用。很多纳米级无机填料颗粒细小,具有较大的比表面积和高的表面能,表现出较强的极性和亲水疏油性能。为改善纳米无机粒子在有机体系中的相容性和分散性,提高其应用效果,对其表面进行有机化改性十分必要。表面有机化改性后的无机粒子往往表现出优异的疏水性能,加入到有机物中可以进一步提高有机/无机复合材料的表面疏水性能。

纳米无机粒子表面的有机化改性常用的方法有偶联剂法、表面活性剂法和聚合物包覆法。其中,偶联剂法利用偶联剂与无机粒子表面的羟基发生化学反应,在无机粒子表面键入疏水性的有机基团从而使其表面性质发生变化,表面能降低,增强无机粒子在有机体系中的相容性和分散性。Y. Zhang等人采用电化学法将偶联剂 (γ-MPS) 改性ZnO粉末,发现改性后粉体的水接触角从0o上升到154o,表面疏水改性效果非常显著。改性后的无机粒子可以继续用于制备有机/无机复合材料等,从而进一步提高复合材料表面的疏水性能。

 

Fig.1 改性后ZnO无机粒子的FE-SEM

Fig.2 γ-MPS含量对材料水接触角变化的影响

偶联剂除了常被用来改性无机粒子外,还可以直接用来改性高聚物,改变材料的表面特性。W.T. Xu用偶联剂改性PVDF薄膜,水接触角从70.1o上升到121.0o。通过化学改性,材料表面从亲水型转变为疏水型。

       

Fig.3 PVDF薄膜改性示意图

 

Zhang Y, Fang F, Wang C, et al. Hydrophobic modification of ZnO nanostructures surface using silane coupling agent. Polymer Composites, 2014, 35(6): 1204-1211.

Xu WT, Zhao ZP, Liu M, et al. Morphological and hydrophobic modifications of PVDF flat membrane with silane coupling agent grafting via plasma flow for VMD of ethanol–water mixture. Journal of Membrane Science, 2015, 491: 110-120.