·866· 工程科学学报，第40卷，第7期 除去体系中的低沸物，即得到含氟MDT(M为单官 R。= 4sin a (5) 能基团，D为双官能基团，T是树脂结构)硅树脂 式中，R。为水滴在倾斜角为α的表面停留的最大液 将上述制备的含氟硅树脂与不同粒径的二氧化 滴半径，8、和9。分别为水滴在表面上的前进角和 硅微粒进行均匀混合，以无水乙醇作为分散溶剂制 后退角，△0为二者差值即接触角滞后，K1为水滴毛 备出悬浊液，混合前要对二氧化硅颗粒进行研磨处 细长度.由式可得R。随△0的减小而减小，能在表 理，抑制微粒团聚.之后对混合体系进行机械搅拌 面停留的水滴直径越小，水滴在表面滞留越少 (转速2500rmin1),搅拌2h后除去体系中部分无 因此，制备超疏水表面应使得水滴在其表面有 水乙醇，对混合体系做超声分散处理，时间30min. 较大接触角，同时具有较小的接触角滞后 之后将制备的不同涂层以均匀喷涂方式涂覆在载玻 片表面，喷涂前需对载玻片的待涂覆表面进行除污 2防覆冰涂层制备 处理（先用丙酮冲洗5min,再使用去离子水冲洗后 2.1实验药剂与仪器 烘干)，喷涂的涂层厚度约0.5mm,涂覆后对涂层进 主要实验药剂：甲基三乙氧基硅烷(MTES),分 行固化.固化时要控制溶剂挥发速度，溶剂挥发过 析纯，中隆康盛精细化工有限公司；二甲基二乙氧基 快会引起树脂分子间作用力迅速变化，进而导致涂 硅烷(DMDES),分析纯，鑫鸣泰化学有限公司：全氟 层固化过程中树脂基体开裂，为此可将载玻片放入 癸基三乙氧基硅烷(C6HgF,03Si),分析纯，鑫鸣泰 玻璃皿中并覆盖滤纸以延缓涂层液中溶剂挥发速 化学有限公司：六甲基二硅氧烷(MM),分析纯，远 度.涂层分别编为A、B和C,其中A为改性的含氟 成赛创科技有限公司：六甲基二硅氮烷(HMDS),分 硅树脂，B为按照质量分数8：2配比的含氟硅树脂 析纯，鑫鸣泰化学有限公司：二氧化硅微粒，直径 和500nm粒径二氧化硅微粒的混合体系，C为质量 500nm和15nm,中科行；盐酸(HCl),0.01mol.L-1 分数8：2：1配比的含氟硅树脂、500nm粒径二氧化 实验室自制：异丙醇(CH,2CHOH),分析纯，卓途化 硅和15m粒径二氧化硅的混合体系.涂层固化方 工有限公司：无水乙醇(C,HOH),分析纯，远成赛 式均采用预固化和高温固化的方式，其中B和C涂 创科技有限公司：丙酮(CH,COCH),分析纯，鑫伟 层预固化前还需常温下表千1h,各涂层固化阶段温 达化工有限公司：去离子水，电导值~106，中科恒 度如表1所示. 业有限公司 表1不同涂层固化方式 实验仪器：DF-101S型集热式磁力搅拌器，巩 Table 1 Curing methods of different coatings 义予华仪器有限责任公司：YL-100S型超声波清洗 涂层编号 预固化条件 高温固化条件 机，深圳市语路清洗设备有限公司：FNZ-1型真空 A 90℃，2h 180℃，4h 70℃，1h 140℃，2h 干燥箱，湘潭三星仪器有限公司：S-3400型扫描电 女 C 70℃，1h 120℃，2h 镜，日本日立公司：Model p/n250-F1型接触角测量 仪，美国Rame-hart公司. 2.3涂层性能测试与表征 2.2疏水涂层制备 2.3.1扫描电镜观察涂层表面微结构 利用不同硅烷在弱酸性环境中的水解缩合反 采用扫描电镜(SEM)观察掺混微粒的涂层表 应，生成改性聚硅氧烷咯，反应过程中将氟原子转移 面微观结构形貌，对比参混不同粒径微粒的疏水涂 至生成的硅树脂聚合物分子上，实现了氟化硅树脂 层微观形貌间区别 的制备.制备方法如下：以异丙醇作为反应溶剂，将 2.3.2接触角测试 甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷与全氟癸 用接触角测试仪测定不同疏水涂层表面水滴接 基三乙氧基硅烷按照质量分数3：5：2的配比混合均 触角和接触角滞后大小，对比分析不同涂层疏水性. 匀后，滴加少量pH值为3的弱盐酸将反应体系调 采用座滴法测试，注入水滴为4uL,各涂层表面取5 节为弱酸性，在油浴温度50℃条件下进行水解缩合 个点测试，取平均值. 反应，反应过程中对混合液体进行磁力搅拌，反应1h 2.3.3防覆冰效果测试 后，加入0.1mL的六甲基二硅氧烷进行封端，继续 为测试不同改性硅树脂涂层防覆冰性能，将 反应3h(反应温度不变)，反应后用少量六甲基二硅 A~C涂层分别涂覆于定制的同型号翼形试验件 氨烷（呈弱碱性）将体系调为中性，减压蒸馏(60℃) (20cm×10cm,最大厚度2cm),以模拟风机叶片和工程科学学报,第 40 卷,第 7 期 Rc = ( 3驻兹 4sin ) 琢 1 / 2 伊 ( 仔 - 兹A + 兹R ) 2 ·资 - 1 (5) 式中,Rc 为水滴在倾斜角为 琢 的表面停留的最大液 滴半径,兹A 和 兹R 分别为水滴在表面上的前进角和 后退角,驻兹 为二者差值即接触角滞后,资 - 1为水滴毛 细长度. 由式可得 Rc 随 驻兹 的减小而减小,能在表 面停留的水滴直径越小,水滴在表面滞留越少. 因此,制备超疏水表面应使得水滴在其表面有 较大接触角,同时具有较小的接触角滞后. 2 防覆冰涂层制备 2郾 1 实验药剂与仪器 主要实验药剂:甲基三乙氧基硅烷(MTES),分 析纯,中隆康盛精细化工有限公司;二甲基二乙氧基 硅烷(DMDES),分析纯,鑫鸣泰化学有限公司;全氟 癸基三乙氧基硅烷(C16H19F17O3 Si),分析纯,鑫鸣泰 化学有限公司;六甲基二硅氧烷(MM),分析纯,远 成赛创科技有限公司;六甲基二硅氮烷(HMDS),分 析纯,鑫鸣泰化学有限公司;二氧化硅微粒,直径 500 nm 和 15 nm,中科行;盐酸(HCl),0郾 01 mol·L - 1 实验室自制;异丙醇(CH3 2CHOH),分析纯,卓途化 工有限公司;无水乙醇(C2 H5 OH),分析纯,远成赛 创科技有限公司;丙酮(CH3 COCH3 ),分析纯,鑫伟 达化工有限公司;去离子水,电导值 ~ 10 - 6 ,中科恒 业有限公司. 实验仪器:DF鄄鄄 101S 型集热式磁力搅拌器,巩 义予华仪器有限责任公司;YL鄄鄄100S 型超声波清洗 机,深圳市语路清洗设备有限公司;FNZ鄄鄄 1 型真空 干燥箱,湘潭三星仪器有限公司;S鄄鄄3400 型扫描电 镜,日本日立公司;Model p / n 250鄄鄄F1 型接触角测量 仪,美国 Rame鄄鄄 hart 公司. 2郾 2 疏水涂层制备 利用不同硅烷在弱酸性环境中的水解缩合反 应,生成改性聚硅氧烷咯,反应过程中将氟原子转移 至生成的硅树脂聚合物分子上,实现了氟化硅树脂 的制备. 制备方法如下:以异丙醇作为反应溶剂,将 甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷与全氟癸 基三乙氧基硅烷按照质量分数 3颐 5颐 2的配比混合均 匀后,滴加少量 pH 值为 3 的弱盐酸将反应体系调 节为弱酸性,在油浴温度 50 益条件下进行水解缩合 反应,反应过程中对混合液体进行磁力搅拌,反应 1 h 后,加入 0郾 1 mL 的六甲基二硅氧烷进行封端,继续 反应3 h(反应温度不变),反应后用少量六甲基二硅 氮烷(呈弱碱性)将体系调为中性,减压蒸馏(60 益 ) 除去体系中的低沸物,即得到含氟 MDT(M 为单官 能基团,D 为双官能基团,T 是树脂结构)硅树脂. 将上述制备的含氟硅树脂与不同粒径的二氧化 硅微粒进行均匀混合,以无水乙醇作为分散溶剂制 备出悬浊液,混合前要对二氧化硅颗粒进行研磨处 理,抑制微粒团聚. 之后对混合体系进行机械搅拌 (转速 2500 r·min - 1 ),搅拌 2 h 后除去体系中部分无 水乙醇,对混合体系做超声分散处理,时间 30 min. 之后将制备的不同涂层以均匀喷涂方式涂覆在载玻 片表面,喷涂前需对载玻片的待涂覆表面进行除污 处理(先用丙酮冲洗 5 min,再使用去离子水冲洗后 烘干),喷涂的涂层厚度约 0郾 5 mm,涂覆后对涂层进 行固化. 固化时要控制溶剂挥发速度,溶剂挥发过 快会引起树脂分子间作用力迅速变化,进而导致涂 层固化过程中树脂基体开裂,为此可将载玻片放入 玻璃皿中并覆盖滤纸以延缓涂层液中溶剂挥发速 度. 涂层分别编为 A、B 和 C,其中 A 为改性的含氟 硅树脂,B 为按照质量分数 8颐 2配比的含氟硅树脂 和 500 nm 粒径二氧化硅微粒的混合体系,C 为质量 分数 8颐 2颐 1配比的含氟硅树脂、500 nm 粒径二氧化 硅和 15 nm 粒径二氧化硅的混合体系. 涂层固化方 式均采用预固化和高温固化的方式,其中 B 和 C 涂 层预固化前还需常温下表干 1 h,各涂层固化阶段温 度如表 1 所示. 表 1 不同涂层固化方式 Table 1 Curing methods of different coatings 涂层编号 预固化条件 高温固化条件 A 90 益 ,2 h 180 益 ,4 h B 70 益 ,1 h 140 益 ,2 h C 70 益 ,1 h 120 益 ,2 h 2郾 3 涂层性能测试与表征 2郾 3郾 1 扫描电镜观察涂层表面微结构 采用扫描电镜( SEM) 观察掺混微粒的涂层表 面微观结构形貌,对比掺混不同粒径微粒的疏水涂 层微观形貌间区别. 2郾 3郾 2 接触角测试 用接触角测试仪测定不同疏水涂层表面水滴接 触角和接触角滞后大小,对比分析不同涂层疏水性. 采用座滴法测试,注入水滴为 4 滋L,各涂层表面取 5 个点测试,取平均值. 2郾 3郾 3 防覆冰效果测试 为测试不同改性硅树脂涂层防覆冰性能,将 A ~ C 涂层分别涂覆于定制的同型号翼形试验件 (20 cm 伊 10 cm,最大厚度 2 cm),以模拟风机叶片和 ·866·