Page 63 - 《精细化工》2021年第5期

第 5 期 韦任轩，等: 多孔结构耐磨超疏水薄膜的制备及性能 ·917·

2.3 H-Al 2O 3 纳米粒子含量对 P(VDF-HFP)/H-Al 2O 3
薄膜疏水性的影响
H-Al 2 O 3 纳米粒子含量对 P(VDF-HFP)/H-Al 2 O 3
薄膜 CA 和 SA 的影响如图 7 所示。由图 7 可知，随
着 H-Al 2 O 3 纳米粒子含量的增加，薄膜的 CA 先增
加后减少，而 SA 呈相反变化趋势。当 H-Al 2 O 3 含量
为 4.3%时，薄膜的 CA 达到最大为 157°±2°，而 SA
达到最小为 0.2°±0.1°。当 H-Al 2 O 3 纳米粒子含量小

于 4.3%时，其含量的增加使薄膜表面的疏水颗粒增 图 8 水滴在 P(VDF-HFP)和 P(VDF-HFP)/H-Al 2 O 3 薄膜表面
多，薄膜表面粗糙度增加，导致薄膜 CA 增加，SA （a）及将 P(VDF-HFP)和 P(VDF-HFP)/H-Al 2 O 3 薄膜
降低。当 H-Al 2 O 3 纳米粒子含量大于 4.3%时，随着 粘贴到玻璃片后并浸渍水中（b）的照片
Fig. 8 Photographs of water droplets on the surface of
其含量的继续增加，薄膜表面的 CA 反而降低，SA P(VDF-HFP) and P(VDF-HFP)/H-Al 2 O 3 films (a)
增高，这可能是因为过多的 H-Al 2 O 3 纳米粒子填埋 and immersion of P(VDF-HFP) and P(VDF-HFP)/
了微纳米球之间的空隙，从而导致表面粗糙度下降， H-Al 2 O 3 films fixed on the glass in water (b)

薄膜疏水性降低。因此，选定 H-Al 2 O 3 纳米粒子含 2.5 P(VDF-HFP)/H-Al 2 O 3 薄膜的疏水稳定性
量为 4.3%作为制备该膜的最优条件。如无特殊说 在日常生活中，超疏水材料不可避免地易被化
明，以下均采用此最佳条件下制备的 P(VDF-HFP)/ 学腐蚀或机械摩擦，因此，对超疏水材料的稳定性
H-Al 2 O 3 薄膜进行性能测试。 测试是非常必要的。图 9a 为薄膜表面水滴 CA 和 SA

与摩擦循环次数之间的关系图。由图 9a 可以看出，
未经摩擦的薄膜 CA 和 SA 分别为 157°±2°和 0.2°±
0.1°，在摩擦过程中水接触角略有轻微浮动但始终
保持在 160°左右，表明涂层经过多次摩擦后超疏水
性不仅没有降低，反而有所增强。随着摩擦次数的
进一步增加，CA 缓慢降低，SA 逐渐上升，且经历
360 次摩擦后，薄膜表面的 CA 降低至 155°±2°，SA
增加至 5°±2°。引起这种现象的原因可能是在摩擦过
程中，薄膜表面最上层的微纳米球被最先磨掉，从

而将底层微纳米球和部分空腔暴露出来。薄膜的多
图 7 H-Al 2 O 3 纳米粒子含量对 P(VDF-HFP)/H-Al 2 O 3 薄
孔性有利于维持住薄膜表面的粗糙度，图 9b、c 进
膜 CA 和 SA 的影响
Fig. 7 Effect of H-Al 2 O 3 nanoparticles content on the CA and 一步证实该结论，因而 CA 有所上升。当将砂纸的
SA of P(VDF-HFP)/H-Al 2 O 3 film 摩擦次数从 120 次增加到 240 次时，与摩擦 120 次

2.4 P(VDF-HFP)/H-Al 2 O 3 薄膜的润湿性 的薄膜相比，虽然一部分微纳米颗粒因外力作用被
拉变形后粘结在一起形成微米级类丝带状结构，从
对制备的 P(VDF-HFP)/H-Al 2 O 3 薄膜的润湿性
而导致薄膜表面 CA 有所轻微下降。但仍能观察到
进行了测试，见图 8。
由图 8a 可知，在样品倾斜相同角度的条件下， 表面部分的微纳米颗粒未被磨掉，如图 9d 所示。当
将染色后的水滴到 P(VDF-HFP)薄膜表面，水滴被黏 摩擦次数增加到 360 次时，与摩擦 240 次的薄膜相
附而停留在 P(VDF-HFP)表面，而将其滴到 P(VDF- 比，薄膜表面的微米级类丝带状结构被更强烈地拉
HFP)/H-Al 2 O 3 薄膜表面时，水滴呈球形并迅速滚落， 伸，且产生出类丝带状结构如图 9e。而这种类丝带
状结构降低了薄膜表面粗糙度，从而导致薄膜表面
说明 H-Al 2O 3 纳米粒子的掺杂使 P(VDF-HFP)/H-Al 2O 3
薄膜表面具有滚动型的超疏水性能。为进一步验证 的 CA 降低，SA 急剧增加。但经过 360 次砂纸摩擦
P(VDF-HFP)/H-Al 2 O 3 薄膜的超疏水性能，将 P(VDF- 循环，薄膜的 CA 仍能维持到 150°以上，SA 8.0°以
HFP)和 P(VDF-HFP)/H-Al 2 O 3 薄膜粘贴在玻璃表面 下。薄膜之所以具有优异的机械摩擦持久稳定性，
并浸泡于水中，见图 8b。由图 8b 可以看出，相对 原因在于：一方面薄膜的多孔结构使薄膜在经历摩
于 P(VDF-HFP)薄膜，P(VDF-HFP)/H-Al 2 O 3 薄膜表 擦过程时不断暴露出与表面相似的粗糙结构；另一
面产生明显的银镜现象。由于薄膜与水之间存在一 方面薄膜整体相似的化学组成使整体膜具有低表面
层空气层，因而当入射光照射在空气层上经过多次 能特性。因此，薄膜在经历摩擦的同时不断暴露出
反射后便形成上述现象 [25] 。 具有低表面能的微纳粗糙结构。这对于维持薄膜表