Page 54 - 《精细化工》2022年第2期

·258· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

由图 3a、c~g 可知，当只添加硅藻土粒子时， 滚动角呈先减小后增大趋势。这主要是由于环氧树
涂层表面较平整（图 3c），主要是由于硅藻土粒子 脂 E51 也是一种常用的低表面能改性剂 [12-15] ，添加
呈圆饼状，相互堆叠，表面静态水接触角为 132.1°， 量适宜时，可提高材料表面的超疏水性，涂层的机
滚动角为 15.8°（图 3a）。随着 Al 2 O 3 纳米粒子添加 械强度同时也得到一定程度的提高。但随着添加量
量的增加，涂层表面粗糙度增加，微纳米分级结构 的增大，环氧树脂会填充到所构筑的微纳米结构空
愈发明显（图 3d、e）。当 m(硅藻土)∶m(Al 2 O 3 )=1.5∶ 隙中，使粗糙的表面变得光滑，影响材料表面微结
0.8 时（图 3e），涂层表面静态水接触角高达 159.2°， 构，导致其表面超疏水性能下降。所以，适宜的环
滚动角为 5.1°。当只添加 Al 2 O 3 纳米粒子时，涂层 氧树脂 E51 添加量为 m(E51)∶m(丙酮)=1∶5。
表面静态水接触角下降至 141.2°，滚动角为 10.3°， 2.2 涂层表征
其表面较平整（图 3g）。这主要是由于 Al 2 O 3 纳米粒 采用 SEM 分析硅藻土/Al 2 O 3 超疏水涂层表面微
子尺寸均一，无法通过该方法形成具有一定分级的 观形貌，将最佳制备条件下〔V(HDTMOS)∶V(乙
粗糙结构。因此，导致静态水接触角下降。所以， 醇 )=0.04 ∶ 1、 m( 硅藻土 ) ∶ m(Al 2 O 3 )=1.5 ∶ 0.8 、
适宜的硅藻土与 Al 2 O 3 质量比为 1.5∶0.8。 m(E51)∶m(丙酮)=1.0∶5〕的涂层表面放大不同倍
2.1.3 环氧树脂 E51 用量对涂层疏水性能的影响 数，结果如图 4a、b 所示。
环氧树脂作为粘接剂，其添加量对涂层超疏水 由图 4a、b 观察到，圆饼状的硅藻土与颗粒状的
性能及涂层的耐久性影响较大。本文环氧树脂添加 Al 2O 3 交织在一起，形成了具有一定分级尺寸的微观结
量分别为 m(E51)∶m(丙酮)=0.1∶5、0.5∶5、1.0∶5、 构，且该结构分布较均匀。通过接触角测试仪测试原
1.5∶5、2.0∶5，其余过程同 1.2 节。不同环氧树脂 始玻璃和超疏水玻璃表面静态水接触角分别为 76.2°
添加量超疏水涂层的静态水接触角及滚动角如图 3b 和 163.4°（图 4c、d）。结合 SEM 和表面静态水接触
所示。由图 3b 可知，随着环氧树脂 E51 添加量的增 角结果可知，正是由于涂层表面的微纳米分级结构及
加，涂层表面静态水接触角呈先增大后减小趋势， 低的表面能改性，使该涂层表现出优异的超疏水性能。

图 4 最佳条件下制备的涂层的 SEM 图（a、b）；玻璃基底表面静态水接触角（c）；涂覆超疏水涂层的玻璃基底表面静
态水接触角（d）
Fig. 4 SEM images of the coating under the optimal preparation conditions (a, b); Static water contact angle of glass
substrate surface (c); Static water contact angle of glass substrate surface coated superhydrophobic coating (d)

2.3 涂层性能 撞击到涂层表面时快速分散呈圆饼状（图 5d），由于
2.3.1 超疏水性 水的表面张力作用，分散呈圆饼状的水滴又快速收缩
为了研究涂层的超疏水性能，本文采用表面静态 变回球状从涂层表面弹起，弹起的水滴受重力的作用
水滴、表面水溅射、水下银镜及表面水滴弹跳实验对 下落，再次撞击到涂层表面，不断撞击并不断弹起，
涂层表面进行了超疏水性能研究，结果如图 5 所示。 直至从倾斜的涂层表面滚落（图 5d）。通过以上 4 组
将染色后的水滴分别滴在水平放置的玻璃和超疏水玻 实验，表明所制备的涂层具有优异的超疏水性能。
璃表面，玻璃表面水滴呈一定的铺展状态，而超疏水
玻璃表面水滴可长时间保持球状（图 5a）。将染色水
用注射器以一定角度喷射于水平放置的超疏水玻璃表
面，水流可从涂层表面反弹形成明显的反射弧（图
5b）。将超疏水玻璃浸没于水中，形成类似银镜的反光
面，这主要是由于涂层表面滞留的空气层反射光线造
成的 [14-16] （图 5c）。将超疏水玻璃以一定角度放置，
染色后的水滴滴落在涂层表面，采用延时拍摄技术记
录水滴在涂层表面的弹跳和撞击过程（图 5d）。水滴