摘要： 目的 旨在突破現(xiàn)有防污透明涂層在透明性不足、力學(xué)穩(wěn)定性差及依賴含氟組分等方面的局限，提出一種無(wú)氟環(huán)氧樹(shù)脂基類液體涂層制備策略。通過(guò)構(gòu)建兼具高透明性、優(yōu)異防污性能與環(huán)境友好性的涂層體系，為食品包裝、餐廚器具及光學(xué)元件等領(lǐng)域提供可實(shí)施的新型表面保護(hù)解決方案。方法 本文采用噴涂結(jié)合熱固化的方法，在環(huán)氧樹(shù)脂基體中引入單環(huán)氧基封端聚二甲基硅氧烷（PDMS），構(gòu)筑無(wú)氟透明類液體涂層。系統(tǒng)考察PDMS含量對(duì)涂層表面結(jié)構(gòu)、潤(rùn)濕性及防污性能的影響。結(jié)果 形貌與成分分析表明，涂層表面致密平整（Rq≈0.35 nm），PDMS鏈段均勻覆蓋并富集于界面。動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕測(cè)試表明，該涂層對(duì)多種不同表面張力液體均表現(xiàn)出滑動(dòng)角<10°的低黏附性，并在可見(jiàn)光區(qū)的透過(guò)率約為95%，與裸玻璃相當(dāng)。結(jié)論 該策略為實(shí)現(xiàn)高透明、低黏附且環(huán)境友好的環(huán)氧基防污涂層提供了可行途徑。

引言

表面防污技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)和日常生活中有著廣泛的應(yīng)用需求。例如，建筑物的自清潔玻璃窗希望通過(guò)特殊涂層保持長(zhǎng)久透明而無(wú)需頻繁清潔；餐桌和廚具表面則采用防油處理以減少油漬黏附，降低清理難度。這類自清潔、防油表面的實(shí)現(xiàn)依賴于材料表面對(duì)水滴、油污等污染物的有效排斥。

目前，實(shí)現(xiàn)表面疏水/疏油通常采用仿生超疏水涂層技術(shù)，通過(guò)在表面構(gòu)建微納米粗糙結(jié)構(gòu)并降低界面表面能，使液滴難以附著且易于滾落。然而，傳統(tǒng)超疏水涂層往往存在透明性差和機(jī)械穩(wěn)定性不足的問(wèn)題：微觀粗糙結(jié)構(gòu)會(huì)引起光散射，導(dǎo)致涂層透明度下降；同時(shí)這些精細(xì)結(jié)構(gòu)在外力作用下容易磨損破壞，影響長(zhǎng)期防污效果。此外，為降低表面能，不少涂層摻入了含氟化合物，但氟材料可能帶來(lái)環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)，削弱了涂層的環(huán)保性能。由此可見(jiàn)，在確保優(yōu)異防污性能的同時(shí)兼顧透明性、耐磨性和環(huán)保性，已成為防污涂層領(lǐng)域亟待解決的難題。

針對(duì)上述不足，研究者探索了多種新型防污涂層策略并取得一定進(jìn)展。例如，有研究通過(guò)在表面引入含氟聚合物或氟硅烷涂層來(lái)大幅降低表面能，從而實(shí)現(xiàn)疏水疏油效果；也有研究利用自組裝單分子層（SAM）在固體基底上構(gòu)筑致密有序的疏水分子膜，以獲得光滑的低表面能界面；此外，通過(guò)在基底上接枝聚二甲基硅氧烷（PDMS）分子鏈形成"類液體"表面，也是降低液滴黏附的有效方法。這些方法在減小液滴黏附、實(shí)現(xiàn)防污方面發(fā)揮了作用，但各有局限：含氟涂層的環(huán)境友好性令人擔(dān)憂，自組裝單層的機(jī)械穩(wěn)定性有限，純PDMS單分子層的耐磨性難以保證。

鑒于上述情況，本文提出了一種無(wú)氟、透明且耐磨的環(huán)氧樹(shù)脂基防污涂層制備方案。環(huán)氧樹(shù)脂因具有良好的力學(xué)強(qiáng)度和附著力，被選作涂層基體。通過(guò)引入少量帶有反應(yīng)性環(huán)氧端基的PDMS預(yù)聚物，并在涂層固化過(guò)程中將其共價(jià)接枝進(jìn)環(huán)氧樹(shù)脂網(wǎng)絡(luò)，可在涂層表面構(gòu)筑出柔性可遷移的有機(jī)硅鏈層，從而賦予材料類似液體表面的低表面能特征。該涂層表面平整、可見(jiàn)光透過(guò)率>90%，對(duì)寬范圍表面張力液滴表現(xiàn)出低黏滯性。這一策略為開(kāi)發(fā)透明、耐久且環(huán)保的防污涂層提供了新思路。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

主要材料：E-44型環(huán)氧樹(shù)脂（環(huán)氧值=0.44 mol/100 g），南通星辰合成材料有限公司；單環(huán)氧基封端PDMS（Mw=5 000 g/mol），Sigma-Aldrich有限公司；乙酸乙酯，聚醚胺（Mw=230 g/mol）為99%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 環(huán)氧樹(shù)脂基類液體涂層的制備

將環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)聚物（E44）、聚醚胺（PEA）和乙酸乙酯按1:0.45:3的質(zhì)量比混合后機(jī)械攪拌10 min，使其充分溶解。該體系以PEA作為固化劑。然后加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0.2%~2%）的單環(huán)氧基封端PDMS，繼續(xù)攪拌30 min。用直徑0.3 mm噴嘴的噴槍在0.5 MPa的壓力下（噴嘴與基底垂直距離15 cm）將混合物（EP）噴在玻璃基底上。噴涂完成后，將樣品置于120 ℃烘箱中30 min，使PDMS分子與固化劑完全反應(yīng)。以上制備過(guò)程所用試劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖1所示。

1.3 樣品的性能及表征

1.3.1 掃描電子顯微鏡（SEM）  

通過(guò)掃描電子顯微鏡測(cè)試環(huán)氧樹(shù)脂涂層宏觀形貌，型號(hào)Gemini300，德國(guó)卡爾蔡司集團(tuán)。

1.3.2 原子力顯微鏡（AFM）  

通過(guò)表征環(huán)氧樹(shù)脂基類液體表面的微觀形貌和均方根粗糙度（Rq），型號(hào)為Dimension Icon，德國(guó)Bruker公司。

1.3.3 X射線光電子能譜測(cè)試儀（XPS）  

利用X射線光電子能譜測(cè)試儀對(duì)PDMS接枝涂層的元素組成進(jìn)行分析，型號(hào)K-alpha，美國(guó)Thermo Scientific公司。

1.3.4 接觸角測(cè)量?jī)x  

不同表面張力液滴的所有滑動(dòng)角均使用德國(guó)LAUDA Scientific公司生產(chǎn)的接觸角測(cè)量?jī)x（型號(hào)LSA100）測(cè)量。上述測(cè)試所選液滴體積為10 μL。為獲得更為準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，最終值由同一表面上不同位置的5個(gè)值的平均值得出。

1.3.5 紫外可見(jiàn)光光譜  

通過(guò)日本島津儀器公司生產(chǎn)的紫外可見(jiàn)光光譜儀（型號(hào)UV-3600i Plus）測(cè)試了環(huán)氧樹(shù)脂基類液體涂層的可見(jiàn)光透光性能。