[发明专利]基于含氟化合物修饰的改性有机聚硅氮烷及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了基于含氟化合物修饰的改性有机聚硅氮烷及其制备方法和应用。制备方法是在惰性气氛下，将有机聚硅氮烷与含氟丙烯酸酯类单体混合均匀；再向其中加入催化剂，搅拌均匀，在40～150℃条件下反应10～48小时，得到所述的含氟化合物修饰的改性有机聚硅氮烷。本发明所制得的改性有机聚硅氮烷具有较低的表面能，且仍具有聚硅氮烷的锚固特性，可与多种基材牢固地结合，故解决了修饰基材受限的问题；同时大大简化了构建疏水表面的表面修饰方法。本发明所制得的改性有机聚硅氮烷涂层具有优异的疏水性能、耐化学品性能、自清洁性能、防污性能及防涂鸦性能，并具有优异的耐磨损性能及耐候性，可极大地延长其使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种聚硅氮烷，具体涉及一种基于含氟化合物修饰的改性有机聚硅氮烷及其制备方法和应用；属于表面修饰和涂层制备技术领域。

背景技术

聚硅氮烷是以Si-N键为骨架的有机硅化合物，以分子式[R₁R₂Si-NR]_n表示，其中，n为聚合度，R₁、R₂和R均为侧链取代基，一般为氢原子、甲基或其它有机基团。聚硅氮烷主要分为两类：无机聚硅氮烷(PHPS)和有机聚硅氮烷(OPSZ)。无机聚硅氮烷的主链为Si-N键，侧基均为H原子，也称为全氢聚硅氮烷；有机聚硅氮烷侧基中的部分H原子被有机基团所取代。聚硅氮烷较为活泼，其分子结构中的Si-N键易发生水解生成硅醇，而水解形成的硅醇不稳定，可进一步脱水发生反应，形成疏水的-Si-O-Si-结构。聚硅氮烷具有良好的溶解性，对基材有广普的适应性和锚固作用，且固化过程简单，所构建的涂层有优异的热稳定性、耐化学品性能、耐候性、耐刮擦性以及透明性，故可应用于高性能涂层的制备领域。目前，聚硅氮烷在半导体电子器件、材料保护、航空航天、交通、装备制造、建筑等领域都展现出了极为广阔的应用前景。

有机氟化合物是指有机化合物分子链中与碳原子相连的氢原子被氟原子取代的一类有机化合物。C-F键的存在使得有机氟化合物具有较低的表面能、较高的化学稳定性和热稳定性。基于有机氟化合物的低表面能属性，用有机氟化合物修饰固体表面已成为构建疏水乃至超疏水表面的主要途径。然而，有机氟化合物的表面能较低且所含的反应性功能基团相对较少，使其与基材的结合力较差，所制备的涂层稳定性和耐久性也难以满足很多实际应用的要求。目前，无论采用何种表面改性技术，使低表面能物质稳固地附着在基材表面都是构筑疏水性表面过程中必然面临的基本的共性问题，也是极具挑战性的难题之一。此外，疏水涂层存在的硬度低以及耐久性差的问题，也使其应用受到了极大的限制。

发明内容

本发明针对低表面能物质与基材之间的结合力较弱，所构筑疏水表面或涂层的耐久性不佳的共性问题，旨在提供一种基于含氟化合物修饰的改性有机聚硅氮烷及其制备方法；所制备的改性有机聚硅氮烷兼具有机聚硅氮烷对多种基材的锚固特性和含氟物质的低表面能特性，可利用通用的涂覆技术在多种基材表面制备一种稳定的耐久性疏水涂层。

本发明另一目的在于提供一种实施过程简单易行，操作方便，具有广普的基材适用性，易实现批量生产和大面积的基于含氟化合物修饰的改性有机聚硅氮烷在构建稳定的耐久性疏水涂层的应用，可赋予基材表面优异的自清洁、防雾、防污、防腐蚀、防涂鸦等性能。

本发明以有机聚硅氮烷和含氟丙烯酸酯类单体为反应物，以氯铂酸、Karstedt催化剂和铂配合物催化剂中的一种或多种，催化两反应物之间的硅氢加成反应，制备一种用含氟丙烯酸酯类单体修饰的改性有机聚硅氮烷，这一改性有机聚硅氮烷可用于疏水表面或涂层的制备。

本发明所制得的基于含氟化合物修饰的改性有机聚硅氮烷，与现有的用于构建疏水表面或涂层的低表面能材料相比，还保持了可用作“锚分子”的有机聚硅氮烷对多种基材的锚固作用，因而具有广普的基材适用性；此外，由于低表面能的含氟物质是通过共价键的作用与有机聚硅氮烷键合在一起的，故能够以改性聚硅氮烷为表面修饰材料，通过一次涂覆即可构建疏水表面或涂层，且所构建的疏水表面或涂层可牢固地附着在基材表面，从而显著地地提高了所构建的疏水表面或涂层的稳定性和使用寿命。