Page 116 - 《精细化工》2021年第4期
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·750·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 38 卷

            构筑微纳米层级的粗糙结构；（2）表面具有较低的                            甲醇、乙醇、甲苯，AR，天津市致远化学试剂有限
                   [9]
            自由能 。纸张具有生产成本低、易降解、可循环                             公司；浓盐酸（质量分数为 37%）、NaOH（AR），
            利用等优点，但纸张的主要成分是纤维素，其含有                             国药集团化学试剂有限公司。马口铁和铝板在喷涂
            的大量羟基导致纸张具有较强的亲水性                   [10] 。纸质材      前需要用 400 目的砂纸将表面的氧化层打磨干净，
            料吸水后其力学性能会大幅度下降，在使用过程中                             然后分别使用乙醇和去离子水将其洗净，最后在
            容易破损，造成资源浪费，并且当水分蒸发后纸张                             60 ℃的烘箱中干燥。
            表面会留下难以去除的污迹。尽管国内外已经有很                                 Breeze 凝胶渗透色谱（GPC）系统，英国 Waters
            多关于超疏水表面的研究，但是以纸质材料为基体                             公司；Theta Lite 型接触角测试仪，德国 Biolin
            制备超疏水纸的研究还相对较少               [11] 。                Scientific 公司；FEI Nova Nano SEM230 型场发射扫
                 超疏水表面能够有效地改善纸张的润湿性，大                          描电子显微镜，捷克 FEI CZECH REPUBLIC S.R.O
            幅度增强纸张的防水性能。超疏水纸具有自清洁和                             公司；5500 型原子力显微镜，美国 Agilent 公司；
            抗污染性能，可被用于书籍防水防污、食品包装、                             860 型耐摩擦测试仪、SANS 拉伸测试仪，深圳三思
            微流体装置等。在具有多孔结构的纸张（如滤纸）                             纵横科技有限公司。
            上构筑超疏水表面还能实现油水分离的功能。近些                             1.2  PFEK/PDMS/SiO 2 喷涂纸的制备
            年，已经开发了一些纸质材料表面超疏水化改性的                             1.2.1  PFEK 的合成
            方法，如：化学接枝法           [12-13] 、相分离法  [14] 、层层自          向圆底三口瓶中加入双酚芴 1.4016 g（4 mmol）、
            组装法    [15] 等。但这些超疏水纸张的制备方法存在工                     4,4'-二氟二苯甲酮 0.8728 g（4 mmol）、无水碳酸钾
            艺复杂、设备成本高、制备周期长、难以大范围生                             1.1056 g（8 mmol）、DMAc 15 mL 和甲苯 7 mL。在
            产和投入使用的缺点。为了解决上述问题，可使用                             氩气保护下，升温至 145~150 ℃，回流 2 h 以除去
            喷涂技术将超疏水涂料喷涂在纸质材料表面制备超                             反应产生的水，之后将分水器中的甲苯排出，继续
            疏水纸，该方法生产周期短、设备成本低、易规模                             反应 1 h 以除去反应液中甲苯，然后升温至 165 ℃
            化生产    [16] 。喷涂法需将聚合物与无机粒子分散于特                     继续反应 20 h。反应结束后，得到棕色黏稠溶液，待
            定溶剂中，其中，含氟聚合物是被广泛采用的一种                             混合物冷却后在去离子水中析出白色纤维状固体。过
            聚合物，其较高的成本及对人体和环境的生物毒性                             滤产物在 80 ℃的烘箱中干燥 24 h 后再将其溶解在
            累积限制了其大范围的使用             [17-18] 。由于含氟化合物          二氯甲烷中，然后在甲醇中析出絮状沉淀物，收集
            的这些缺点，研究人员开始关注无氟超疏水材料的                             沉淀物在 120 ℃真空烘箱中烘 24 h，得到 PFEK 聚
            制备方法。在这些方法中，聚二甲基硅氧烷（PDMS）                          合物。经 GPC 测试，其数均相对分子质量为 63.3 kDa，
            是使用的较多的一种材料            [19] ，其高昂的价格使以其             重均相对分子质量为 112.7 kDa，分子量分布指数为 1.8。
            为主的超疏水材料无法大规模的使用。为了解决上                             1.2.2  PFEK 超疏水纸张的制备
            述问题，需要使用一种具有良好稳定性的、廉价的、                                PFEK 超疏水纸张的制备过程如图 1 所示。
            无氟环保的聚合物来制备超疏水涂料。聚芴醚酮
            （PFEK）是一种含有芴基的聚芳醚酮类工程塑料，
            除了具有普通高分子材料的疏水性，还具有工程塑
            料特有的优异的机械稳定性和化学稳定性。此外，
            大体积芴基的存在赋予 PFEK 优异的溶解性。
                 本文拟以 PFEK 为主要原料，配合少量的
            PDMS，并以疏水气相纳米二氧化硅（SiO 2 ）为无机
            掺杂粒子来制备超疏水涂料，将获得的超疏水涂料
            用来制备超疏水纸，以期获得疏水性与耐用性良好
            的超疏水纸，从而拓宽纸质材料的应用范围。


            1    实验部分
                                                                  图 1  PFEK/PDMS/SiO 2 喷涂纸的制备过程示意图
            1.1   试剂与仪器                                        Fig. 1    Schematic diagram of the preparation process of
                 双酚芴、4, 4'-二氟二苯甲酮、无水碳酸钾、疏                            PFEK/PDMS/SiO 2  coated paper

                                                               1.2.2.1   不同 PDMS 用量的喷涂纸的制备
            水气相二氧化硅（SiO 2 ，直径 5 nm）、PDMS（M n
            约 3000），AR，阿拉丁试剂（上海）有限公司；N,N-                          将 0.2 g PFEK 加入 8.0 g NMP 中，磁力搅拌 2 h，
            二甲基乙酰胺（DMAc）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、                        形成均匀溶液。将不同用量 PDMS（1%、2%、3%、
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