触摸屏用纳米杂化氟硅树脂的制备与涂层性能研究

摘要

近年来，智能手机、平板电脑等大部分电子产品已经实现触屏功能，消费者在选购时不仅注重产品的基础功能与外观，而且关心产品的触感与附加功能，如电子产品屏幕的防水、抗污性。为了实现触摸屏具备防水防污的功能，本课题进行了相关研究。
　　因氟烃基硅烷水解缩聚可制得 Si-OH封端的氟硅树脂低聚体，其不仅可改善氟硅烷的成膜性而且可增加树脂与玻璃基材（表面带有大量Si-OH）之间的结合牢度；而若在氟烃基硅烷水解过程中进一步化学键合入纳米粗糙组分，则可大大提高树脂涂膜的硬度与疏水性，与此同时借助树脂良好的成膜性与反应性可解决纳米粒在基材上的固定性差等问题，且经其处理后的玻璃表面具有持久的防水性、耐油性等。鉴于此，本文通过氟烃基硅烷和设计合成的类似含氟硅烷为原料，分别与正硅酸乙酯（TEOS）在酸性条件下通过水解共缩聚法进行反应，将纳米结构与低表面能含氟硅烷有机结合，制得系列无机-有机杂化的氟硅树脂。本文具体研究内容如下：
　　1）以1H，1H，2H，2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（POTS）、正硅酸乙酯（TEOS）和1，2-双（三乙氧基硅）乙烷（BTESE）为原料，在酸性条件下，通过水解缩聚反应制得疏水疏油型纳米杂化氟硅树脂（PFBR）；将其通过氟硅树脂良溶剂（氟醚溶剂）进行稀释至应用浓度得到PFBR防指纹液，将通过喷涂法在玻璃表面固化成膜得到 PFBR防指纹涂层。通过紫外-可见分光光度计、热重分析仪（TG）、摩擦磨损测试仪等对涂层的性能进行测试分析，结果表明：当PFBR涂层的应用温度为150℃、POTS与TEOS的摩尔比为4:10、树脂的含量为0.6％、喷涂层数为2层时，得到的涂层热稳定性和透明度良好、附着力强且疏水疏油性最佳，其水和油接触角分别达到了121.6°、101.7°。通过场发射扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）等仪器对涂层进行微观形貌观察等，得到涂层具有规则且粗糙不平的类似于荷叶表面的微纳米级结构，实现了无机粒子和低表面能材料在玻璃表面的有机结合。
　　2）通过硅氢加成反应，在络合铂的催化条件下将四甲基含氢硅氧烷(D4H)、1，1，2-3H-乙烯基全氟癸烯（PFOE）和乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)进行反应，制备了全氟烃基取代的三乙氧基反应性环状硅烷（PFD）；再以PFD和 TEOS为原料在酸性条件下通过水解缩聚反应制备了纳米杂化氟硅树脂（PFDR），用 IR和 XRD对其进行结构表征。按照上述方法将 PFDR树脂进行稀释并对玻璃表面进行成膜处理，测定P F DR防指纹涂层的性能，研究了不同因素对涂层在玻璃表面的耐摩擦性和透光性等应用性能的影响。结果表明：当PFOE与VTES的摩尔比为3:5、PFD与TEOS的摩尔比为3:10、树脂含量为0.8%、喷涂层数为2层时，得到的涂层热稳定性和透明度良好、附着力强且疏水疏油性最佳，其水和油接触角分别达到了120.3°、87.5°。经过SEM、AFM观察可得涂层具有高低不平且形状规则的连续沟壑状微观粗糙形貌。
　　3）通过硅氢加成反应，以氯铂酸为催化剂将Si-H含量为0.23%的含氟含氢聚硅氧烷（PFHMS-0.23%）与 VTES进行反应，制得了三乙氧基取代的反应性含氟聚硅氧烷（PFV）；再将PFV和TEOS通过水解缩聚反应制备了纳米氟硅树脂（PFVR），对产物进行结构表征和分析。按上述（1）中方法对玻璃表面进行成膜处理，研究了不同因素对涂层在玻璃表面的耐摩擦性和透光性等应用性能的影响。结果表明：当在PFV与TEOS的摩尔比为2:10、PFVR的含量为为0.3%、喷涂层数为1层的工艺条件下，制备的涂层具备良好的热稳定性和透明度，其附着力优异且疏水疏油性最佳，其水和油接触角分别达到了117.2°、86.5°。经过SEM、AFM可观察到涂层表面平整光滑，得到了玻璃表面疏水疏油且透明光滑的涂层。

目录

符号说明

1 文献综述

1.1 引言

1.2 固体表面的的润湿机理与模型

1.3 氟硅聚合物的分类

1.4 固体低表面能疏水抗污表面的构筑方法

1.5 课题的研究目的、意义与方案

2疏水疏油型纳米杂化氟硅树脂（PFBR）的合成及应用

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 小结

3交联网状纳米杂化氟硅树脂（PFDR）的合成及应用

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 小结

4光滑型纳米杂化氟硅树脂（PFVR）的合成及应用

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 小结

5 结论与创新点

5.1 结论

5.2 创新点

致谢

参考文献

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