Page 127 - 《精细化工》2023年第12期

第 12 期 许 婧，等: CNCs 增强相分离法构建 PVDF/PDMS 超疏水表面 ·2669·

1.3.12 自清洁测试 由图 2 可见，CNCs 呈短棒状结构，且分散良
将超疏水处理前后的样品分别进行固定，倾斜 好。这是因为，在硫酸水解过程中，纤维素结构中
10°摆放在培养皿上，取少量水溶性甲基蓝染料模拟 的无定形区域优先被水解去除，而结晶区域由于其
污渍并置于待测样品表面，将去离子水从上而下逐 较高的耐酸性而保留。硫酸法通过接枝阴离子硫酸
滴滴下，对比超疏水处理前后样品表面被污染情况。 酯基团与纤维素表面的羟基反应，这些带负电荷的
基团可以通过静电排斥促进纳米纤维素在水中的分
2 结果与讨论
散 [36] 。通过使用分析软件计算 100 根以上 CNCs 的
2.1 CNCs 的 FTIR 分析 尺寸，纳米纤维的平均直径为(14±5) nm，长度最短
图 1 为 CNCs 和 CMC 的 FTIR 谱图。 为 56 nm，最长为 278 nm，与 ISLAM 等 [35] 报道的
通过硫酸法制备的 CNCs 尺寸相似。超疏水表面的
形成通常是由纳米粒子或纳米和微米尺寸的混合粒
子堆积而成，纳米纤维越短，越容易在粒子表面形
成更精细的结构，从而增加粗糙度 [37] 。所以本文制
备的 CNCs 将有助于超疏水表面的构建。
2.3 CNCs 对粗糙表面形貌的影响
使用 不同 质 量分数 CNCs 的 PVDF/PDMS/
CNCs 悬浮液对棉布进行处理，处理前后棉布的
SEM 图如图 3 所示。

由图 3a 可知，棉布纤维之间交织紧密，表面稍
图 1 CNCs 和 CMC 的 FTIR 谱图 有一些褶皱，但整体较为光滑。由图 3b 可知，棉布
Fig. 1 FTIR spectra of CNCs and CMC 经过 PVDF/PDMS 溶液处理后，其表面附着一些微

–1
由图 1 可见，1060 和 3431 cm 处的吸收峰分 纳米级的粒子，这可能是由于 PVDF 和 PDMS 聚合
别归属于吡喃糖环的 C—O—C 键的伸缩振动和纤 物在溶剂与非溶剂水之间发生相分离引起的，在相
维素分子中 O—H 键的伸缩振动。2903 和 1430 cm –1 分离的过程中，DMF 与 THF 是与水混溶的极性溶
处的吸收峰分别归属于 C—H 键的拉伸和弯曲振动， 剂，而水是 PDMS 与 PVDF 的非溶剂，因此在基材
上述吸收峰为典型的纤维素特征吸收峰，并且与其 接触到水相之后，随着水分子逐渐渗透到聚合物周
他纤维原料制备的 CNCs 一致 [33] 。此外，与 CMC 围，溶液会形成富聚合物相和贫聚合物相。富含聚
–1
相比，CNCs 在 805 cm 处出现了新的吸收峰，这 合物的相开始聚集收缩，在之后的烘干过程中，贫
是 C—O—SO 3 基团产生的对称 C—O—S 键的振动， 聚合物相在凝固后会导致空腔，富聚合物相会凝固
表明硫酸盐被引入到 CNCs 表面 [34] 。 成型，形成微纳米级粗糙结构 [38] 。
2.2 CNCs 的形貌分析
在制备 CNCs 的诸多方法中，硫酸水解制备的
纳米纤维尺寸短，且操作简便 [35] 。通过 AFM 观察
CNCs 的形貌，结果见图 2。

图 2 CNCs 的 AFM 图
Fig. 2 AFM image of CNCs