Page 117 - 《精细化工》2021年第4期

第 4 期 杨 硕，等: 聚芴醚酮超疏水喷涂纸及其性能 ·751·

4%，以 PFEK 和 NMP 的质量为基准，下同）通过
磁搅拌加入溶液中形成涂料，其中，SiO 2 用量为 0。
用 0.3 mm 口径的喷枪将上述涂料喷涂在纸张表面，
喷涂时间为 10~20 s，喷枪与基材之间的距离为
10~15 cm，最后将纸张在 60 ℃下干燥 2 h，得到
PFEK/PDMS 喷涂纸。
1.2.2.2 不同 SiO 2 纳米微球用量的喷涂纸的制备
将 0.2 g PFEK 加入 8.0 g NMP 中，磁力搅拌 2 h，
形成均匀溶液。将用量为 2%的 PDMS 和不同用量
的 SiO 2 纳米微球（1%、2%、3%、4%）通过磁搅拌
图 2 PDMS 用量对喷涂纸水接触角和滚动角的影响
加入溶液中形成涂料。用 0.3 mm 口径的喷枪将上述 Fig. 2 Effect of PDMS dosage on the water contact angle
涂料喷涂在纸张表面，喷涂时间为 10~20 s。喷枪与 and roll angle of PFEK/PDMS coating

基材之间的距离为 10~15 cm，最后将纸张在 60 ℃下
在 PDMS 用量为 2%条件下，考察了不同 SiO 2
干燥 2 h，得到 PFEK/PDMS/SiO 2 喷涂纸。PFEK 喷
用量对喷涂纸润湿性能的影响，见图 3。由图 3 可
涂纸的制备方法同上，只是 SiO 2 和 PDMS 用量均为 0。
知，随着 SiO 2 用量的增大，喷涂纸的水接触角先增
1.3 性能测试与表征
大后减小，而滚动角则是先减小后增大。当 SiO 2 用
采用 GPC 测定聚合物的相对分子质量：以四氢
量为 2%时，喷涂纸的水接触角和滚动角分别达到最
呋喃为溶剂和流动相，样品经孔径为 0.45 μm 有机
大值（170°）和最小值（1°）。这可能是由于随着 SiO 2
滤膜过滤，流速为 1 mL/min，标准聚苯乙烯为标样；
的掺入，喷涂纸表面粗糙度增加，疏水性能提高，
水接触角测试：利用接触角测试仪将 10 μL 去离子
水接触角上升；当 SiO 2 用量超过 2%后，SiO 2 填充
水滴在喷涂纸表面，同一样品取 5 个随机的测试点
了部分空隙，使得表面粗糙度反而略微下降，水接
测定静态接触角，并取平均值作为最终静态接触角
触角也略微下降。基于水接触角测试结果，当 PDMS
（WCA）；表面形貌测试：使用场发射扫描电子显
和纳米 SiO 2 用量都为 2%时，喷涂纸的疏水性能最
微镜对样品进行形貌分析，测试电压为 2.0 kV；表
佳，在后续的测试中若无特殊说明皆采用此用量来
面粗糙度测试：使用原子力显微镜对 1 μm 的范围进
制备喷涂纸。
行粗糙度测试；耐摩擦测试：使用耐摩擦测试仪，

用 100 g 砝码将 400 目砂纸压在喷涂纸表面，纸张
在仪器控制下以 5 cm/s 速度来回移动，往返一次为
一个周期，每 5 个周期进行一次水接触角测试；拉
伸测试：使用拉伸测试仪拉伸尺寸 10 mm×40 mm 样
条，在 0.5 cm/s 速度下进行测试。

2 结果与讨论

2.1 PDMS 及纳米 SiO 2 用量对喷涂纸表面润湿性
的影响

考察了 PDMS 用量对喷涂纸润湿性能的影响， 图 3 SiO 2 用量对喷涂纸水接触角和滚动角的影响
见图 2。由图 2 可知，纯 PFEK 聚合物喷涂纸的水 Fig. 3 Effect of SiO 2 dosage on the water contact angle
and roll angle of PFEK/PDMS/SiO 2 coating
接触角为 103°；当在 PFEK 中添加用量为 1%、2%、
3%和 4% PDMS 时（SiO 2 用量为 0），喷涂纸的水接 2.2 超疏水喷涂纸的表面形貌与元素分析
触角分别为 116°、122°、121°和 122°。PDMS 用量 采用 SEM 对普通纸张 、 PFEK 喷涂纸、
在 0~2%范围内，PDMS 用量的增加可显著提高水接 PFEK/PDMS 喷涂纸和 PFEK/PDMS/SiO 2 喷涂纸的
触角，但继续增加 PDMS 用量对水接触角的影响不 表面形貌进行测试，见图 4。由图 4a 可以看出，普
大，所以选取 PDMS 用量为 2%。这是由于纸张表 通纸张表面由大量的植物纤维组成，纤维之间有很
面纤维的羟基等亲水基团刚好被聚合物包裹住，使 多的孔洞。由于植物纤维表面具有很多的羟基，具
纸张表面从亲水性转变为疏水性。此时涂层还没有 有较强的亲水性，所以普通纸张很容易被水润湿。
达到超疏水的要求（水接触角大于 150°），需要引 由图 4b 可见，纸张经 PFEK 处理后，纤维表面被聚
入其他的掺杂物以实现其超疏水特性。 合物覆盖，在减少粗糙度的同时纤维之间的孔洞明