低粘附表面在各种工业应用中至关重要,在这些应用中,最大限度地减少不必要的粘附是必不可少的,例如在防污涂层、自清洁材料、生物医疗设备、微流控通道和防粘衬里等领域。传统上,通过设计微纳米尺度的表面结构来减少与粘附物质的接触,从而降低表面之间的实际接触面积,实现低粘附性。虽然这些纹理表面能够有效地排斥某些污染物或防止生物污损,但在接触到胶粘剂或粘性材料时,它们可能会无意中成为机械锚定点。这些微纳米结构表面固有的粗糙度和孔隙可能会成为相互嵌合的部位,导致粘附性增加。这种机械嵌合不仅会损害抗粘附性能,还会在机械应力或磨损条件下给保持表面完整性带来挑战。
对表面材料进行化学改性已成为一种极具前景的策略,可在不依赖表面结构的情况下实现低表面能。聚二甲基硅氧烷(PDMS)因其固有的低表面能、柔韧性和热稳定性而被广泛使用。PDMS表面具有良好的疏水性,并且对多种物质的附着力很低,适用于微流控设备和生物医学植入物等应用。然而,尽管基于 PDMS的材料具有相对较低的表面能,但在某些需要超低附着力的应用中,它们仍表现出非常强的附着力。在需要最小粘附或防污的场合,PDMS的附着力可能会成为限制因素。因此,迫切需要开发与表面附着力更弱的硅基材料,以满足各种工业和生物医学应用的需求。这些缺陷可能会影响其在需要坚固机械性能和化学稳定性的苛刻应用中的性能。
氟硅橡胶(FVMQ)因其独特的分子结构而备受关注,被视为替代性低粘附材料。与PDMS相比,FVMQ中引入氟化侧链显著改善了其性能。氟原子的高电负性和碳-氟键的强度降低了聚合物表面能,增强了疏水性和化学惰性。这种改性不仅提高了耐油性、化学稳定性和热稳定性,同时还保持了柔韧性和可加工性。因此,FVMQ结合了硅酮和含氟聚合物的优点,成为在恶劣化学条件下需要低附着力和高耐久性表面的理想材料。
虽然氟硅化学在降低表面能方面已得到广泛应用,但成分比例的系统优化以及超低粘附性能(甚至超过了PTFE的基准)的定量证明尚未得到深入研究。由于FVMQ的氟化侧链使其具有较低的表面能,目前的研究主要集中在机械性能、耐热性和耐油性方面,而对其抗粘附性能的定量研究(尤其是通过纳米和宏观尺度上的直接力测量)则相对有限。此外,以往的研究通常采用固定氟含量的单一聚合物基质或简单混合物。最重要的是,现有的大多数文献都是通过表面能测量和接触角数据来推断抗粘附性,缺乏通过标准化协议进行的直接附着力量化。大多数研究是通过接触角和污垢去除百分比来评估防污性能,而不是通过nN级力谱分析或标准化剥离测试。这种稀缺性为探究FVMQ是否能通过精确的成分控制和全面的粘附特性评估,从而优于传统硅酮或其他含氟聚合物提供更出色的抗粘附性能提供了机会。
近期,西北工业大学吴红星团队通过硅氢加成反应,成功制备了一种具有超低表面附着力的防粘涂层。
通过铂催化乙烯基氟硅油(VFSO)和氢化氟硅油(HFSO)的硅氢加成反应,将VFSO和HFSO的质量比从5:1调整至10:1,获得FVMQ 涂层。 该涂层具有优异的抗粘附性能,与PDMS相比,该涂层的附着力降低了约 75%,从7.466nN降至约1.8nN。与PDMS和PTFE相比,该涂层的剥离力分别降低了69%和92%。此外,该涂层的峰值力还降低了37%至48%。因此,本研究为需要最小粘附性的应用提供了一种有前景的解决方案,在超低表面附着力应用中具有广阔的应用前景。 涂层制备示意图 氟硅涂层的制备及应用流程示意图:(a)用丙酮清洗玻璃基材;(b)紫外线-臭氧表面处理;(c)混合涂层成分;(d)使用室温真空脱气三级系统进行真空脱气;(e)采用刷涂方式进行涂覆;(f)在60℃下预聚合10-12小时;(g)在 120-150℃下进行6小时的最终交联。
数据来源与出处 相关研究成果以“Synthesis of trifluoropropyl vinyl siloxanes for anti-adhesive coatings with ultra-low surface adhesion”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。
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