Page 214 - 《精细化工》2020年第7期

·1496· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

纸张表面呈现丝状纤维结构；图 2b 的表面结构平 别聚合，单一 HDTMS 聚合后得到黏稠的浑浊液，
滑，表明聚乳酸具有优异的成膜性；图 2c 的纸张表 而单一 TEOS 聚合后得到黏稠的溶胶液。TEOS 聚
面粗糙，呈现特殊的拓扑结构，在纤维固有的微观 合为聚硅烷纳米粒子，HDTMS 不容易自聚合，但
粗糙度基础上，提供了纳米尺度的粗糙性。 它可以与 TEOS 共聚形成纳米粒子。当 HDTMS 用
2.3 疏水性测定 量增加到超过 HDTMS/TEOS 共聚的物质的量比时，
2.3.1 接触角 多余的 HDTMS 形成低分子量黏稠的溶胶液分离出
图 3a、b、c 分别是未经处理、涂覆聚乳酸/二 来，降低了表面粗糙度。类似的工作已有报道，
氯甲烷溶液、涂覆疏水硅烷/聚乳酸复合防水涂料的 MARMUR [28] 采用全氟辛基三乙氧基硅烷（FAS）与
纸张的接触角。 TEOS 进行溶胶-凝胶反应制备超疏水涂层材料。结

果表明，当 FAS 超过一定量时，接触角有一定程度

的下降。研究证实，这是由于 FAS 与 TEOS 聚合速
度不同，引起表面粗糙度下降，进而使接触角下降。

图 3 未涂覆（a）、只涂覆聚乳酸/二氯甲烷防水涂料（b）
及涂覆疏水硅烷纳米粒子/聚乳酸防水涂料纸张
（c）的接触角
Fig. 3 Water contact angles of the uncoated paper (a), paper
coated with PLA dichloromethane solution (b) and
paper coated with hydrophobic silane nanoparticles/
PLA dichloromethane solution (c)

当水落在未经处理的纸上后，立即渗入进去，

接触角仅为 5°。表面涂覆聚乳酸/二氯甲烷溶液后， 图 4 HDTMS/TEOS 物质的量比对接触角的影响
接触角提高到 94°。涂覆疏水硅烷纳米粒子/聚乳酸 Fig. 4 Effect of molar ratio of HDTMS/TEOS on the water
contact angle
复合防水涂料后，接触角可达到 150°以上，表明疏

水硅烷纳米粒子的存在从很大程度上提高了纸张的 2.3.1.2 聚乳酸溶液中疏水硅烷纳米粒子用量对接
疏水性。这是由于疏水硅烷纳米粒子在表面形成多 触角的影响
级拓扑结构，增加了粗糙度。当材料表面粗糙度较 固定 HDTMS/TEOS 物质的量比为 1∶2，KH550
大时，水滴在其表面形成 CASSIE-BAXTER 模型， 用量为聚乳酸/二氯甲烷溶液总质量的 0.4%，聚乳酸
即液体在粗糙表面上的接触是一种复合接触。液滴 溶液中疏水硅烷纳米粒子不同用量的接触角变化如
不能填满粗糙表面上的凹槽，在液滴与固体之间存 图 5 所示。不含疏水硅烷纳米粒子的聚乳酸接触角
在着一些空气，从而使液滴与固体表面的接触面积 仅为 95°，疏水硅烷纳米粒子的添加极大地增加了
减小，接触角增大 [27] 。 纸张的接触角。这是因为，疏水硅烷纳米粒子增加
为了使得表面超疏水性最大化，进一步从 HDTMS/ 了纸张表面的粗糙度。
TEOS 用量比例、聚乳酸溶液中疏水硅烷纳米粒子
用量、硅烷偶联剂用量这 3 方面优化方案。
2.3.1.1 HDTMS/TEOS 物质的量比对接触角的影响
固定硅烷纳米粒子用量为聚乳酸/二氯甲烷溶
液总质量的 6%，KH550 用量为聚乳酸/二氯甲烷溶
液总质量的 0.4%，不同 HDTMS/TEOS 物质的量比
对涂料接触角的影响如图 4 所示。
在一定范围内，接触角随 HDTMS/TEOS 物质
的量比的增加而增加，表明较长烷基链量的增加会
增加疏水性。然而，继续增加 HDTMS/TEOS 的物
图 5 疏水硅烷纳米粒子用量对接触角的影响
质的量比到 1∶1 时，接触角略有下降。为探究原因，
Fig. 5 Effect of dosage of hydrophobic silane nanoparticles
将单一 HDTMS 与单一 TEOS 在氨水为催化剂下分 on the water contact angle