涂料在固体的保护中扮演非常重要的作用。据文献报道，腐蚀是能量和材料损失的主要原因，全球每年因腐蚀而损失 1/5 的能量和 4.2% 的国民生产总值(GNP)，单独美国估计就有超过一千亿美元的经济损失。腐蚀很重要的一个因素是水和空气、酸雨及阳光的直接接触，疏水涂料能使固体底物很好地直接隔离上述环境的不利影响。溶胶-凝胶防护涂料具有制备条件温和、前躯体 M(OR)n (其中 M 为 Si、Ti、Zr、Al、Fe、B 等，R 为烷基)易多样复合控制和环保特征，并且涂膜显示卓越的化学稳定性、抗氧化性和耐腐蚀性，因而得到广泛的重视。其中，有机硅(M=Si)前躯体品种多，反应条件更合适，更容易控制并且获得的有机硅材料表面张力低、耐化学试剂性、耐候性和耐温性优良而得到普遍使用。溶胶-凝胶是一个逐步反应的化学过程，环境温度、pH 值和介质等都对此过程有相当重要的影响。
本文以有机硅为改性材料或主要材料，在原有技术的基础上[4]，通过溶胶-凝胶法获得一种高硬度的高渗透型溶剂型涂料，并用其改性含氟树脂涂料，研究这些涂料的性能和它们在建材防护中的应
用。
1 实验
1 实验
1.1 主要原料
四乙氧基硅烷(TEOS)，硅烷偶联剂，功能性聚硅氧烷，含氟表面活性剂，自制室温自交联含氟树脂 FS 涂料
1.2 配制方法
1.2.1 有机硅型 NFGS 涂料
按图 1 中方案(1)的方法制备有机硅型防护涂料NFGS。
1.2.2 硅氟型 NFS 涂料
按图 1 中方案(2)的方法制备有机硅改性含氟树脂涂料 NFS。
2 结果与讨论
2.1 高渗透溶剂型溶胶-凝胶纳米涂料的性能及表征
溶剂型溶胶-凝胶涂料性能卓越，因而在涂料领域中占有一席之地。本实验 NFGS 是将较小分子的低聚硅氧烷或硅烷混合，在催化剂作用下水解成活性成分，在溶剂分子作用下可稳定一段时间；随着溶剂的挥发，这些活性分子互相靠近而聚合成具有较高强度的大分子网络。由于初始分子量小，涂料对底材渗透性优异，活性基团与底物牢固结合，黏附力强(1 级，见表 1)。同时在干燥过程中低表面能的基团或分子一定程度排向空气一侧，涂膜具有明显的疏水防污性，水接触角高达 101º。这些活性分子在催化剂作用下反应交联，交联密度高，强度大(9H)，防腐蚀性优良。
图 2 是 NFGS 的热失重分析 TGA 曲线，它表明涂膜在 670℃ 时只失重 10%,具有优良的耐热性，与元素有机化合物的高温稳定性相一致。
图 3(a)是 NFGS 的 FTIR 红外光谱图。图中清楚见到聚合的 Si—O—Si 特征峰(1035 cm-1、1122cm-1)，C—H 峰(2927 cm-1)和较弱的 SiO—H 峰(3428cm-1)。
图 3(b)是 NFGS 与聚乙烯醇 PVA 溶液两个不同比例复合的 FTIR。图中除了上述的特征峰外，还可清晰地见到 C—H 吸收峰(2975 cm-1)显著加强。
图 4(a) 与 (b) 是两种不同原料比例的 NFGS 的扫描电镜 SEM 图。图 4(a) 中清晰可见含有四乙氧基硅烷(TEOS)的溶剂型涂料成膜后表面粗糙，水接触角可达 125º，但其在反应和放置过程中极易凝胶，较难工业生产。而无 TEOS 的溶剂型 NFGS 易制备，并且放置稳定时间较长，涂膜表面均匀如图 4(b)。由图 4(c) 透射电镜 TEM 图可看到 NFGS 中含有明显的纳米粒子，粒径分布较广，从 10 nm 到 120 nm 不等，说明涂料在不断地逐步聚合加大粒子中。随着溶剂的挥发，涂料均匀成膜。
将 NFGS 改性含氟树脂涂料，除可降低涂料的价格外，表 1 表明还可利用溶胶-凝胶技术提高涂料的硬度和附着力。此外，在差示扫描量热仪 DSC 测试中还可看到改性复合涂料 NFS 具有较高的玻璃化转变温度 Tg (275℃，见图 5)。
2.2 高渗透溶剂型溶胶-凝胶纳米涂料的应用
溶剂型 NFGS 涂料具有优异的渗透性和很高的硬度、耐磨性及良好的疏水防污防腐性，应用于石材上，一次涂覆即可渗透覆盖完全，显著提高砖体表面的亮度和防污性(见图 6(a)、(b)、(c)、(d))。与水性纳米涂料需多次打磨并后仍需经油性防污蜡处理相比，不仅能节约工艺，还能达到更高的性能。
含氟树脂涂料 FS 系列具有优异的耐候性和疏水防污性，已广泛地应用在文化石和外墙涂料上，经其处理的底材基本不改变原有的色彩和光泽。但其表面硬度较低，只有 2H；Tg 低于 100℃，并且成本较高。将 NFGS 与 FS 复合的 NFS 涂料具有表 1所示的疏水、防腐和耐热等优良性能，应用于玻璃中可明显见到涂膜的不透明性与疏水防污性(见图7(a)、(b))，应用于金属表面可显著提高金属表面的防腐蚀性(见图 7(c)、(d))。对比涂膜的铜片在水介质中产生铜锈(见图 7(e))。
将 NFS 应用于水泥制品中，不仅不改变原有制品的色彩和光泽，还大大提高了制品表面的疏水防污性(见图 8(a)、(b)、(c))。
3 结论
笔者制备的溶胶-凝胶疏水涂料具有优异的性能，在水泥制品、金属、玻璃、陶瓷及外墙涂料领域中都有着广阔的应用前景。
