聚硅氧烷基微纳结构功能涂层的光解制备方法与性能研究

现有微纳结构涂层制备方法普遍存在制备条件苛刻、工艺复杂、涂层面积小、耐久性差等问题，难于在大型、户外结构表面大规模应用。本项目拟以硅氧烷低聚物(主成膜树脂)、苯丙低聚物(次成膜树脂)与氨基硅烷固化剂湿固化形成的多相多组份杂化涂层为基质，通过与纳米TiO2粒子复合制备纳米复合涂层，再经紫外光(或太阳光)辐照分解苯丙共聚物获得微纳结构功能涂层。通过考察硅氧烷低聚物和苯丙低聚物分子特性、纳米TiO2粒子表面特性与分散粒径、固化剂种类与用量对涂层的相结构与性能影响、多相多组份纳米复合涂层结构与性能的紫外光诱导演化规律等研究，建立具有实用价值的微纳结构涂层宏量制备方法，揭示多相多组份树脂基纳米复合涂层的制备、结构与性能关系以及光解法聚硅氧烷基微纳结构涂层的结构与性能的关联性，为发展长效多功能涂层(如超亲水自清洁涂层、超疏水防覆冰涂层等)奠定理论与实验基础。

本项目将纳米TiO2粒子与特殊成膜物质相结合制备纳米复合涂料，基于自组织原理或光解方法，获得表面具有微纳结构的超亲水涂层和荷叶型超疏水涂层。具体研究内容及结果有：. 通过有机硅氧烷的共水解缩合合成了聚硅氧烷低聚物，再加入氨基硅烷(APS)，制备了可湿固化的聚硅氧烷清漆。研究了聚硅氧烷涂膜制备、结构与性能关系，筛选出了综合力学性能佳的PT28聚硅氧烷树脂。考察了PT28树脂与苯丙树脂、纳米TiO2粒子之间的相容性，按PT28/苯丙树脂/TiO2=90:3:7比例，配制了溶剂型纳米复合涂料。该涂料干燥成膜后，紫外光辐照300小时，可转变成超亲水涂层。. 以水性硅溶胶/聚合物共混胶乳为有机-无机杂化成膜物质，复合纳米TiO2粒子制备了水性纳米复合涂料。考察了不同组分涂料的成膜行为，以及紫外辐照下涂膜结构与性能的演变规律。通过硅溶胶粒子表面KH560改性，延长了涂层的服役寿命，但涂膜转变为超亲水的紫外光辐照时间变长。但采用细乳液聚合制备的TiO2@PMMA核壳粒子，调控纳米TiO2粒子仅分布于聚合物相中，可明显缩短光解时间。. 将纳米TiO2粒子与氟化聚甲基硅氧烷(PMSF)、含氢聚二甲基硅氧烷树脂复合，基于涂料各组份自组织原理，在纳米TiO2粒子含量大于25 wt%时，干燥后直接获得了超疏水纳米复合涂层；该涂层具有优异的耐酸碱、耐温、耐候性，适用基材广，具备光催化自修复超疏水表面能力。改用三烷氧基硅基封端的PMSF、聚甲基苯基硅氧烷和APS为成膜树脂时，超疏水涂料可室温湿固化，铅笔硬度达2H。将聚苯乙烯(PS)、PMSF、氟硅烷改性的纳米SiO2粒子与纳米TiO2粒子复合，制得的荷叶型超疏水纳米复合涂层既具有突出光催化分解油污的能力，又可在表面机械磨损后通过PS的光解实现结构与性能的再生，涂层的户外耐久性能优异。. 通过以上超亲水和超疏水纳米复合涂层的制备与性能研究，建立了基于纳米TiO2粒子选择性光解制备微纳结构功能涂层的新方法，实现了本项目的研究目标。以本项目研究成果为基础，发表期刊论文11篇，其中SCI论文10篇，申请国家发明专利1项。基于本项目应用基础研究开发了适用于外墙乳胶漆膜表面的水性超亲水涂料，该涂料环保性好、耐久性佳、自清洁能力突出，具有较好的实用性；应邀参展2013年上海工博会，受到媒体广泛关注。