保持表面不受指纹和污垢的污染，并使其更容易清洁，是研究和技术开发的一个活跃领域。

简介

使用氟烷基改性硅烷很容易在表面实现拒油和拒水。虽然全氟烷基改性硅烷表现出高的静态和前进的水和油接触角，但它们的低后退接触角意味着油和水不会轻易地滑过处理表面。这些特性产生的结果是表面既容易清洁，保持清洁的时间更长。最终，改性的全氟聚醚硅烷具有较高的静态和前进的水和油接触角，以及较高的后退接触角，从而具有非常低的滑动角。本文考察了硅烷和全氟聚醚组分的结构改性对性能的影响，并通过应用方法讨论了它们对性能的影响。

结果与讨论

这些改进的目标是一种用于在各种基材表面形成低表面张力层或防脏层的改性表面和一种应用该涂层材料的方法。广泛的应用将受益于这些表面改进，包括光学元件(例如，抗反射膜，光学滤光片，眼科镜片，镜子)，电子显示屏(例如，液晶显示器，CRT显示器，等离子显示器，投影电视)，消费电器，处理过的玻璃和陶器。经常被触摸的表面在使用时通常会沾上指纹、皮肤油脂、汗水和化妆品。一旦表面被污染，污渍就不容易去除，或者需要清洁材料。有防反射涂层的表面上的灰尘和指纹对表面污染非常敏感，不仅会造成不愉快的美观外观，还会导致安全问题。在汽车窗户、手持电子设备和厨房电器等经常与皮肤接触的应用中，获得抗污和具有长期表面性能耐久性的表面成为另一个障碍。

为了解决这些与拒油和拒水有关的问题，以前已经提出了各种各样的防污渍剂。其中一项建议是通过用含全氟烷基的化合物对基材进行表面处理而获得的抗污防反射涂层。另一种方法是一种耐污、低反射的塑料，该塑料具有含有单硅烷和二硅烷化合物的多氟烷基和卤素、烷基或烷氧基硅烷化合物作为表面改性涂层。提出的第三种选择是在主要由二氧化硅组成的光学薄膜上形成全氟烷基(甲基)丙烯酸酯和含烷氧基硅烷单体的共聚物。然而，这些涂料的抗污性能不足，特别是对指纹、皮肤油脂、汗水和化妆品等最重要的污渍。

要获得所需的高水油接触角和低滑动角的性能，需要对线性全氟聚醚进行化学改性。合成了四种烷氧基全氟聚醚加合物，如图1所示。

合成后对其进行了一系列性能测试，以评价其抗染色性能。这些硅基修饰的全氟聚醚[I]到[IV]应用于玻璃试件。如图2所示，通过CVD(化学气相沉积)和稀释溶液中浸渍涂层同时应用了防染色涂层。

在保持聚醚链长不变(n = 20)的情况下，采用浸涂法评估了改性全氟聚醚烷氧基结构的影响。利用水和正十六烷的静接触角和滑动角对处理后玻璃基板的表面性能进行比较(表1)。

从表1可以看出，在所有情况下，水和油(正十六烷)的接触角都很高。与[II]和[IV]相比，[I]和[III]中较简单的烷氧基对水和正十六烷的静接触角略高，滑动角略低。Si与全氟聚醚骨架之间的有机连接基团也对结果有轻微影响，含酰胺基团[III/IV]具有较低的水接触角和较高的正十六烷接触角。结果表明，烷氧基全氟聚醚可以在该表面上实现高度有序的分子排列。在所有情况下，表面滞回的程度都很小，这可以从非常低的滑动角度看出。

通过调整结构聚醚主链(n)的聚合度[I]来评价全氟聚醚分子量的影响。水与正十六烷的接触角和滑动角如表2所示，采用浸涂方法。

水和正十六烷的接触角没有明显的变化趋势，但数据表明，随着全氟聚醚分子量的增加，水的滑动角也随之增加。正十六烷滑动角与聚合物分子量无明显关系。

有趣的是，应用方法对接触角的影响最为显著。虽然两种方法的接触角数据相似，但无论水的分子量如何，CVD方法对水的滑动角都有明显的提高，如表3所示。这种行为似乎表明，产品中存在的可以通过浸渍镀膜沉积在玻璃表面的成分由于其较高的沸点而不能通过CVD方法沉积。而正十六烷滑动角不受使用方法的影响。

作为烷氧基全氟聚醚合成的产物，道康宁®2604涂层在玻璃基板上与普通抗染色材料(C8F17(CH2)2Si(OMe)3)和未经表面处理的对照样品进行了比较。水与正十六烷接触角和滑动角的测量结果见表4。

水和正十六烷的接触和滑动角度在老化后非常重要，以确保表面能够抵抗给定应用的元素，并随着时间的推移提供抗染色性能。使用UV曝光和处理后表面的摩擦耐久性是预测表面改性有效寿命的常用方法。紫外线照射对水接触角的影响是使用阳光天气- o - meter测定的，并与市售的表面处理C8F17(CH2)2Si(OMe)3进行了比较(图3)。在测试期间，通过水接触角测量，烷氧基全氟聚醚的抗紫外线照射性能有了显著改善。

在考虑在遭受物理磨损的表面上使用烷氧基全氟聚醚涂层时，摩擦耐久性的影响也是一个关键参数。眼科镜片、相机镜头、便携式电子设备和汽车内饰等应用需要抗摩擦性能，以确保长期疏水疏油性能。耐久性测试通常使用一种设备进行，该设备对均匀的表面区域施加恒定的压力，在表面上从一侧到另一侧循环。玻璃试件受到一块固定在铝块上的棉布施加的500克力。在不同的时间间隔后测量水接触角，得到与摩擦循环的关系。通常需要一种比较方法来评估持久性，因为没有绝对的通过/失败值(图4)。

从图4可以看出，用水接触角测量的摩擦阻力有显著差异。经过5000次循环后，商用C8F17(CH2)2Si(OMe)3材料的水接触角降低了8°，而烷氧基全氟聚醚仅显示了1°的变化。C8F17(CH2)2Si(OMe)3材料接触角的减小在1000次摩擦循环前开始生效，然后在试验周期的其余时间保持在103°不变。

新的烷氧基全氟聚醚技术还可以改善清洗的方便性。滑动摩擦系数和静态摩擦系数的比较可以使我们对易清洁的特性有一个比较的了解(图5)。滑动摩擦系数和静态摩擦系数较低表明烷氧基全氟聚醚具有更好的保持清洁和易于清洁的特性。

结论

合成了一系列烷氧基全氟聚醚，并评价了全氟聚醚的分子量、使用方法和涂层耐久性(紫外线照射和摩擦)的影响。所研究的加合物对应用方法对性能的影响显著。在所有情况下，观察到大的静态接触角与非常低的滑动角相结合。与目前的C8F17(CH2)2Si(OMe)3涂料相比，预测烷氧基全氟聚醚的保持清洁和易于清洁的性能更好。抗染色和耐用性能使这项新技术在经常发生皮肤接触的应用中特别有用。具体的兴趣在于应用，如汽车内饰，厨房电器，光学透镜和电子显示器。

本文在2008年4月芝加哥举行的第11届年度塑料涂料研讨会上发表。

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