摘 要

本论文采用溶胶-凝胶法，以甲基三乙氧基硅烷（MTES）、十三氟辛基三乙氧基硅烷（F-8261）为原料，制备有机硅树脂，又采用纳米硅溶胶对有机硅树脂进行改性。研究了水解时间、温度、不同硅溶胶含量对改性树脂的影响，利用FTIR、太阳膜测试仪、接触角测试仪等对硅溶胶改性硅树脂进行表征。实验表明：在温度70℃、pH为23时，M_SiO2：M_硅树脂=1/10时，在玻璃表面涂膜后可见光透过率可达90%以上，硬度可达HB，且涂膜玻璃片表面的疏水性有了大幅提高。

关键词：甲基三乙氧基硅烷 硅溶胶 溶胶-凝胶

Preparation and Antibacterial Properties of Chitosan Nanogels

Abstract

In this paper, organic silicone resin was prepared by sol - gel method with methyl triethoxy silane (MTES) and trifluorooctyl triethoxy silane (f-8261) as raw materials.The influence of hydrolysis time, temperature and different silica sol content on the modified resin was studied. FTIR, solar film tester and contact Angle tester were used to characterize the modified silica sol resin.The results show that when the temperature is 70℃ and the pH is 2~3, when MSiO2: M silicone =1/10, the visible light transmittance can reach more than 90% and the hardness can reach H, and the hydrophobicity of the coated glass surface has been greatly improved.

Key Words: Methyl triethoxy silane ; Silica sol; Sol - gel

目录

摘 要 II

Abstract III

第一章 绪论 6

1.1 前言 6

1.2有机硅树脂 7

1.2.1有机硅树脂的特点 7

1.2.2有机硅树脂在涂料中的应用 7

1.3有机硅溶胶 8

1.4本课题的内容及研究意义 8

第二章 实验部分 10

2.1实验试剂与仪器 10

2.1.1 实验原料 10

2.1.2实验仪器 11

2.2反应原理 11

2.3纳米SiO₂/有机硅杂化树脂的制备 12

2.3.1 精制单体 12

2.3.2 制备有机硅树脂 12

2.3.3 制备纳米SiO₂/有机硅杂化树脂 13

2.3.4 制备含氟纳米SiO₂/有机硅杂化树脂 13

2.4单体转化率的测定方法 13

2.5涂料的制备 14

2.5.1 玻璃基材的处理 14

2.5.2 改性有机硅涂料的制备 14

2.5.2 涂料的淋涂 14

2.6 涂料性能的测试 14

2.6.1 光学性能测试 14

2.6.2铅笔硬度计法测硬度 15

2.6.3 接触角测试 15

2.6.4 红外光谱分析 15

第三章 结果与讨论 16

3.1红外谱图分析 16

3.2水解时间对单体转化率的影响 17

3.3油浴温度对改性硅溶胶的影响 18

3.4不同硅溶胶含量对透光率的影响 18

3.5接触角的测试 18

第四章 实验结论 21

参考文献 22

致谢 24

绪论

前言

多孔二氧化硅抗反射(AR)涂层近年来得到了广泛的报道。其耐热性、高透射性、高选择性等优点使其非常适合于各种实际应用，如光学器件和太阳能电池、激光系统、光学滤波器、阴极射线管、商店橱窗等与能源相关的应用。AR涂料通常是用来减少输电损耗。当其折射率等于(nans)1/2，其中na和ns分别为空气折射率和基体折射率时，理想的AR涂层可以有效地实现在特定波长上的零反射。多孔硅涂料由溶胶−凝胶过程改性现在已经被广泛用作四分之一波长层,因为他们的折射率可以低至1.23,接近根号1.52指数的许多类型的光学基板。虽然这些传统的单层四分之一波涂层理论上可以实现单波长的零反射，但是宽带AR涂层在许多应用中通常是非常理想的。然而，由于缺乏折射率低于1.23的简单光学材料，这种宽带AR涂层还没有大规模的工业化。由于在致密材料中可以达到的最低折射率为1.38 (MgF2的折射率)，因此纳米多孔材料已经出现并迅速发展

溶胶-凝胶法制备纳米多孔材料作为一种有前景的制备方法，以其均匀性好、成本低、加工温度低、操作简单等优点引起了人们的广泛关注。然而,纯硅颗粒上存在的羟基和高孔隙率（约50-60%）使这些溶胶-凝胶AR涂层具有较差的亲水性,这极大地限制他们在潮湿的环境中的应用。水的吸附直接降低了AR涂层的孔隙率，导致折射率增加，导致AR涂层的光学性能急剧下降。尽管人们已经做了许多尝试，通过引入含有疏水基团的有机分子或聚合物来改善二氧化硅AR涂层的疏水性。到现在,仍然没有人可以考虑极低折射率和良好的疏水性。以乙氧基硅烷（TEOS）和甲基三乙氧基硅烷（MTES）为前驱体，采用碱/酸催化的两步法制备了低折射率疏水性二氧化硅抗反射涂料的溶胶-凝胶。该碱催化TEOS水解，在第一步形成具有球形硅颗粒的溶胶。在第二步中，酸催化的MTES水解和缩合发生在初始基底催化的球形硅颗粒表面，使硅颗粒尺寸从12.9nm增大到35.0nm。通过浸渍涂层技术，这种混合溶胶形成了折射率约为1.15的抗反射涂层。随着MTES含量的增加，涂层的水接触角从22.4增加到108.79，使涂层具有较好的疏水性。提出了一种混合溶胶的“核壳”颗粒生长机制，研究了硅溶胶的微观结构与AR涂层性能的关系。

1.2有机硅树脂

1.2.1有机硅树脂的特点

有机硅树脂是具有高度交联的网状结构的聚有机硅氧烷(—Si—O—Si—)，兼有有机树脂与无机材料的特点^[3]。与一般有机树脂相比，具有许多独特的性能，如有机硅产品都具有良好的耐热性和电绝缘性能^[2]。硅树脂具有良好的稳定性以及耐热性，该清漆可以承受 200-260°C 的温度，加入金属粉末，耐热填料和玻璃料，配制涂层温度为 300-700°C^[10]。然而，有机硅树脂涂料的主要缺点是无法室温固化，需要高温（140-200°C）固化同时固化，时间相对较长。硅树脂由于有机基团在硅氧主链的侧基排列，具有优良的憎水性能，但透湿性较差。有机硅是以特殊的硅氧烷键(—Si—O—)为主链，不易被紫外光或臭氧分解，不易产生氧化反应，因此有机硅的耐候性极佳^[7]。这也是有机硅最为突出的优点。另外由于有机硅树脂具有大分子结构，非极性分子间引力较弱，这就赋予它良好的耐寒性。

纵然有机硅树脂有着突出的优点，但是在某些方面也存在不同程度的不足，如成本高、机械强度差、耐溶剂性差、相容性与黏结性差，对于需要室温固化的涂料，纯的硅树脂并不能满足制备涂料的要求，因而限制了它在某些特殊领域的推广和使用。

1.2.2有机硅树脂在涂料中的应用

有机硅涂料是以有机硅聚合物或其改性聚合物为主要成膜物质的涂料，具有一系列优良的特殊性能^[2]。它的成膜物质主要是有机硅树脂和有机硅改性有机树脂(或改性有机硅树脂)^[10]。由于有机硅树脂自身无法室温固化需要很高的温度，通常用其他树脂来改性有机硅树脂从而达到良好的性能，以至于室温可能使其固化，不仅可以大大降低固化时间同时也可以保留硅树脂本身具备的优点。聚丙烯酸树脂、聚氨酯、环氧树脂都可作为良好的改性硅树脂的用料。