Page 60 - 精细化工2019年第10期

·2026· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

糙表面，根据 Wenzel 方程： 但是液滴在表面的倾斜角 TA 仍然超过 90，TA 取
c o s  w =rcos （1） 决于液体对固体表面的粘附强度。Furmidge [19] 提出
式中： w 为在粗糙表面的表观接触角，()；为在 了关于 TA 可用液滴的前进角〔θ adv ，()〕和后退角
光滑表面的本征接触角，()；粗糙度因子 r=实际表面 〔θ red ，()〕来表示的等式：
积/投影表面积。 mgsin=σw(cos red cos adv ) （2）
r>1 表明，粗糙度因子 r 对表面的润湿性有放大 式中：mg 为液滴的重力，G；α 为倾斜角，()；σ
效果，当十二烷在光滑 PP 表面为亲油状态时，在粗 为液体的表面张力，mN/m；w 为液滴与基材接触线
糙的 PP 表面更加亲油，所以导致其在粗糙 PP 表面 的长度，mm；θ adv 与 θ red 的差值为 TA，()。
完全润湿 [16-17] 。 等式左边表示重力分量，等式右边表示毛细管
当表面沉积 1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷 力。等式右边括号中的项反映了液体对固体基材表
后，表面存在较多低表面能的—CF 3 、—CF 2 基团， 面的粘附强度。在 Wenzel 状态中，液滴与固体表面
提高了表面疏水性和疏油性 [18] ，水和十二烷在沉积 的实际接触面积比表观接触面积大，使得液滴与固体
氟硅烷的粗糙表面接触角分别为 141±2、97±2。 基材表面有更大的相互作用，所以会产生大的 TA [20] 。

表 1 液体在不同表面接触角 CA 和倾斜角 TA 值
Table 1 CA and TA of liquid on different surfaces
水 十二烷
表面 TA/() TA/(°) TA/(°) TA/(°)
CA/() CA/(°)
沿 Y 轴方向 沿 X 轴方向 沿 Y 轴方向 沿 X 轴方向
未处理 PP 表面 91±1 N/A N/A 8±1 N/A N/A
粗糙 PP 表面（R a≈1.891 μm） 135±2 N/A N/A N/A N/A N/A
粗糙 PP 表面+氟硅烷（R a≈1.891 μm） 141±2 N/A N/A 97±2 N/A N/A
粗糙 PP 表面+氟硅烷+润滑液（R a≈1.891 μm） 105±1 2±1 18±2 59±1 4±1 31±2
注：N/A 表示 TA 大于 90。

2.4 粗糙度对润湿性的影响
对不同粗糙度的表面进行了初始及 10 min 后的
水接触角测试，结果见图 4。图 4 中，水的静态接
触角（CA）随着表面的粗糙度增加呈现先上升后下
降的趋势。在未处理的光滑 PP 表面（R a ≈0.012 m）
水的静态接触角 CA 为 74.63，随着 R a 的增加，CA
逐渐增大，当表面 R a≈1.891μm 时接触角为 135.99，
这是由于，当表面粗糙度增加时，表面的微结构可
以截留的空气逐渐增多，提高了界面液-气接触的比

例 [21] 。当表面 R a 大于 1.891 μm 后，水的 CA 呈下降 图 4 不同粗糙度表面不同时刻接触角
趋势，当 R a ≈11.201 μm 时，CA 下降至 84.12。由 Fig. 4 Contact angles of surfaces with different roughness
at different times
于表面粗糙度增加到一定程度后，表面的微结构不

再为微纳米级别，可在表面截留的空气减少，接触 2.5 防粘附及其稳定性分析
角下降。通过对比初始与 10 min 后水的 CA 发现， 图 5 是沐浴露和蜂蜜不同时刻在 PP 润滑涂层表
CA 随时间变化，且粗糙度越大，CA 下降越快。在 面的滑动情况。沐浴露和蜂蜜分别在 10、6 s 内滑
R a 小于 2.647 μm 时，初始与 10 min 后 CA 差值小于 动了 70 mm，且在表面未留下明显的残留痕迹。由
1，除了受液滴蒸发和测量误差的影响，表明表面 此表明，润滑表面对黏稠液体和含表面活性剂表面
截留的空气所形成的液-气接触界面较为稳定 [22-23] 。 能低的液体具有较好的防粘附效果。
在 R a 大于 2.674 μm 时，初始与 10 min 后 CA 差值 图 6 是未处理 PP 和制备的润滑涂层 PP 片材分
大于 1，且随着的 R a 增大，差值增大，当 R a ≈11.201 别在蜂蜜和沐浴露中浸泡后的粘附残留量图。未处
μm 时，CA 差值为 3.54。这是由于,表面截留的空 理的 PP 片材在蜂蜜和沐浴露中浸泡 0.5 h 后，表面
气形成的“气穴”不稳定，受液体重力的影响而“坍 的残留量分别为 1.13 和 0.6 g，这是由于，蜂蜜分子
塌”，液滴渗入到表面结构中，表现为 CA 降低。 间的内聚力相比于沐浴露更大，使得其流动性较差，