摘要
随着科学技术的快速发展，单一性质的材料已经很难满足应用需求，有机/无机杂化材料因可以实现单纯有机高分子材料或无机材料所不具备的优越性能而备受关注。无机聚合物全氢聚硅氮烷(PHPS)可以在较温和的条件下转化制备氧化硅涂层，所得涂层具有透明、致密、硬度高、附着力好、耐磨、耐高温、耐腐蚀、阻隔性能好等优异的综合性能。基于此，涌现出大量的PHPS与有机高分子的杂化以及制备相应杂化涂层的研究。但是这些研究主要采用碳链为主的有机高分子，且研究主要集中在提高涂层硬度及阻隔性能方面，对涂层的浸润性、抗粘附性研究较少。同时，以Si-O为主链的有机硅聚合物在表面性质调控方面具有重要的作用，但是由于其与Si-N为主链的PHPS之间的化学相容性差，尚未见聚硅氧烷改性PHPS的相关报道。因此，本论文通过向聚二甲基硅氧烷(PDMS)链段中引入羟烃基得到双羟烃基聚二甲基硅氧烷(HOC-PDMS)，改善了PDMS与PHPS的相容性，合成出全氢聚硅氮烷/双羟烃基聚二甲基硅氧烷(PHPS/HOC-PDMS)杂化聚合物。采用此杂化聚合物，通过液体涂覆、真空紫外固化制备出以氧化硅为主体，PDMS与氧化硅共价键合的氧化硅/聚二甲基硅氧烷(silica/HOC-PDMS)杂化涂层，并对该涂层的性能进行了全面研究。主要研究内容如下: (1)PHPS/HOC-PDMS杂化聚合物的设计合成。通过向聚二甲基硅氧烷(PDMS)中引入羟烃基反应性基团，合成了双羟烃基聚二甲基硅氧烷(HOC-PDMS)，并通过调节HOC-PDMS分子量，成功地合成了有机组分和无机组分相容性好的PHPS/HOC-PDMS杂化聚合物。 (2)Silica/HOC-PDMS杂化涂层的制备及其基本性能研究。将上述PHPS/HOC-PDMS杂化聚合物溶液通过涂覆、固化两步获得silica/HOC-PDMS杂化涂层，该涂层透明，致密，硬度高达9H，耐磨性好，疏水，还具有较低的氧气渗透率和耐明火灼烧能力。 (3)Silica/HOC-PDMS杂化涂层高温疏水性研究。杂化涂层表现出优异的高温疏水性，其最高耐温达到450℃，当涂层厚度为930nm时，杂化涂层450℃加热20h后或400℃加热175h后，水接触角仍高达104°。通过对高温处理后涂层化学组成的研究以及HOC-PDMS用量、涂层厚度等因素的考察，认为涂层表面有机PDMS组分被氧化，涂层内部的有机PDMS组分聚集到涂层表面。涂层的致密性和PDMS组分与氧化硅共价键合方式降低了PDMS的氧化速率和迁移速率。它们的共同作用使涂层在高温长时间处理后仍然能保持疏水性。 (4)Silica/HOC-PDMS杂化涂层抗粘附性研究。可能存在的界面润滑层、良好的疏水性和较低的粗糙度使得涂层具有优异的低冰粘附、抗菌、抗液体粘附等性能。冰粘附强度可低达20.9kPa，具有与PDMS膜相当的抗菌能力，对水、乙二醇、丙三醇、酸碱等具有较低的接触角滞后。
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