无机聚硅氮烷涂层呈现出亲水性主要基于以下几种原理:
化学键合引入亲水基团
无机聚硅氮烷涂层中存在如 Si—N 基团、Si—H 基团等活性基团,这些基团可以和含有羟基、羧基等亲水官能团的物质发生化学反应。例如,通过与一些带有羟基的小分子醇类、羧酸类化合物或者高分子聚合物上的活性官能团进行化学键合,将这些亲水基团引入到聚硅氮烷涂层的分子结构中,从而降低涂层的表面能,使得水在其表面更容易铺展,表现出亲水性。当水分子接触到涂层表面时,能与这些亲水基团形成氢键等相互作用,促进水的附着与铺展。
水解转化生成亲水结构
部分无机聚硅氮烷在特定条件下会发生水解反应,比如全氢聚硅氮烷在一定环境中,其 Si—N 键可以逐步转化为 Si—O 键。硅氧键(Si—O)形成后,涂层表面会具有更多类似二氧化硅的结构特性,而二氧化硅表面富含羟基,羟基能够与水分子之间形成氢键,使得涂层与水之间有较强的亲和力,进而表现出亲水性,水接触角可显著减小,甚至能达到小于 10 度的超强亲水性状态。
表面微观结构改变
有的无机聚硅氮烷涂层在制备或后续处理过程中,其表面会形成一些微观的粗糙结构,从超疏水的 “荷叶效应” 类推,当表面微观结构合适时,反而可以增强亲水性,也就是所谓的 “超亲水效应”。比如通过一些特殊的工艺使得涂层表面形成纳米尺度的凹凸结构,当水分子接触到这样的表面时,在微观结构的缝隙、凸起等部位能更好地吸附、铺展,最终呈现出整体的亲水性。
室温固化聚硅氮烷,请查看
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