Page 123 - 《精细化工》2022年第3期

第 3 期 吕 斌，等: PDMS 改性蓖麻油基水性聚氨酯的制备及防污性能 ·545·

2.6 PDMS/CWPU-SOP 薄膜的耐水性分析 能，一方面是由于薄膜表面的 PDMS 中含有大量低
通过薄膜材料浸泡在水中随时间的质量变化计 表面能 Si 元素，导致 PDMS 与污染液滴不互溶，阻
算其吸水率 [22-23] 可评价薄膜的耐水性。图 6 为不同 止了液滴向薄膜内部渗透扩散，使液滴在薄膜表面
PDMS 含量的 PDMS/CWPU-SOP 薄膜的吸水率曲 凝聚为液滴；另一方面 PDMS 中室温下可动态旋转
线。如图 6 所示，CWPU-SOP 薄膜吸水率在 0~2 h 的—Si—O—Si—基团赋予了其分子链优异的运动
内较低，这是由于 SOP 作为交联剂提高了薄膜的交 能力，这为液滴的顺利滑移起到了一定的润滑作用，
联，水分子无法渗透导致 CWPU-SOP 薄膜短时间内 当表面液滴滑动时，使其以较快速度无粘连滑落。
耐水性 较好 。在相 同浸 泡时间 （ 0~4 h ）下，
PDMS/CWPU-SOP 薄膜吸水率随着 PDMS 含量的增
加呈先增加后下降的趋势。这是由于 PDMS 链与聚
氨酯分子链相容性较低，降低了 PDMS/CWPU-SOP
薄膜内部的交联，使水可以渗透，吸水率增大。当
浸泡时间增加至 16 h 后，薄膜吸水率无明显变化，
但吸水平衡时薄膜的吸水率随着 PDMS 含量的增加
（0、2%、4%、6%、8%、10%）而依次降低（23.1%、
21.7%、19.3%、17.7%、15.3%、13.8%），这是由于
低表面能的 PDMS 中大量疏水结构对于薄膜中水分
子渗透具有一定的抑制作用。结果表明，PDMS 的
加入可提升薄膜耐水性，有利于其在潮湿环境中防
污性能的维持。

图 6 PDMS 含量对 PDMS/CWPU-SOP 薄膜吸水率的影响 图 7 CWPU-SOP 薄膜与 PDMS/CWPU-SOP8 薄膜对中性
Fig. 6 Effect of PDMS content on water absorption of （a）、碱性（b）、酸性（c）液滴的防污性能测试
PDMS/CWPU-SOP films Fig. 7 Antifouling performance of CWPU-SOP film and
PDMS/CWPU-SOP8 film on neutral (a), base (b)
2.7 PDMS/CWPU-SOP8 薄膜的防污性能分析 and acid (c) droplets
图 7 为 CWPU-SOP 薄膜与 PDMS/CWPU-SOP8
2.8 PDMS/CWPU-SOP8 薄膜的防污机理分析
薄膜的防污性能测试照片。分别选用中性、酸性、
碱性的液滴对薄膜防污性能进行测试，起始位置为 PDMS/CWPU-SOP8 薄膜具有良好的防污效果
1 cm，记录了不同滚动时间内液滴滚动的距离。由 主要有两方面原因，低表面能可阻止污垢粘附以及
作为类似液体的润滑层促进了界面的液体滑移。
图 7 可见，不同酸碱性的液滴在 CWPU-SOP 薄膜表
一方面，薄膜表面的 PDMS 中含有大量低表面
面滑动时留下明显的痕迹，同时伴随黏滞现象，5 s
时这些液滴在薄膜表面滑动距离均为 4.6 cm，其滑 能 Si 元素，使 PDMS 在室温下具有较低的表面张力 [24] ，
动速度均为 0.9 cm/s。而不同酸碱性的液滴在 PDMS/ 使其与水性液滴不互溶，从而形成液-液界面，阻隔
CWPU-SOP8 薄膜表面上自由滑落且不留痕迹，并 表面液滴的沾污。图 8 为 PDMS/CWPU-SOP8 薄膜
且滑落过程未出现黏滞现象，在 5 s 时这些液滴滑动 的 XPS 谱图。由图 8 可知，薄膜表面存在 C、N、
距离均为 8.1 cm，其滑动速度均为 1.6 cm/s，表明 O、S、Si 元素，结合图 4b 可以看出，Si 元素均匀
PDMS/CWPU-SOP8 薄膜对于不同酸碱性的液滴均 分布在聚氨酯薄膜表面，表明 PDMS 已引入到聚氨
具有良好的防污效果。PDMS 能够赋予薄膜防污性 酯中，且成膜后在膜表面分布均匀。表 1 为 PDMS/