基于全氢聚硅氮烷/聚乙二醇的杂化涂层制备及性能研究

作     者：解婧 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：董国君;杨惠

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：杂化涂层 表面润湿性 分子间相互作用 全氢聚硅氮烷 聚乙二醇 

摘      要：特殊润湿性材料在国防军工、医学等高技术领域以及化工、环保等工业领域中均有着极为重要而广泛的应用。研究者们开发了模板法、自组装法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积法等多种构筑表面的方法,但存在着制备工艺复杂或机械性能差、化学性质不稳定等问题。通过前驱体转化法制备杂化涂层以其灵活的工艺路线而备受关注,其中全氢聚硅氮烷(PHPS)能够在较为温和的条件下制备氧化硅涂层,该材料具有优异的力学性质和化学稳定性,并可通过前驱体分子结构的设计来实现涂层功能的调整。基于此,本文提出一种通过合成PHPS、聚乙二醇(PEG)杂化聚合物,并进一步转化构筑具有液下超双疏功能表面的新方法。该制备方法工艺简便,所制备涂层综合性能优异。论文研究内容和结果如下:SiO/PEG杂化亲水涂层的制备。利用Si-H/Si-N与-OH的反应,合成了PEG改性PHPS杂化聚合物前驱体。考察了紫外辐照和湿热两种转化方式所获得杂化涂层在硬度、厚度、润湿性等方面的区别。研究结果表明:两种转化方式均获得组成以SiO为主体、PEG与SiO共价键合的SiO/PEG杂化涂层,且湿热转化方式有利于亲水涂层的制备,水接触角最低可达34.9,具有优异的防污性能,油性污物以及机械杂质等可轻易清除。SiO/PEG液下超双疏涂层的制备。通过调控杂化聚合物前驱体中PHPS/PEG的比例,并经过紫外辐照转化,制备出具有液下超双疏性质的Silica/PEG杂化涂层。该杂化涂层平滑、透明,表面粗糙度低于1 nm、透光率在90%以上;具有出色的热稳定性,起始分解温度超过359℃;与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、不锈钢、玻璃、铝板、氧化铝陶瓷各类基材的结合力优异;同时,涂层具有较高的力学性能,其纳米压痕硬度和模量分别达到3.37 GPa和34.9 GPa;且具备良好的力学稳定性和化学稳定性,在经过载荷1 N、700次的磨损或在去离子水(30天)、不同溶剂(24 h)浸泡后仍具有液下超双疏性质。