Page 129 - 《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 ·2671·

由图 5a、c 和 e 可见，3 种基材的表面粗糙度具 由图 6a 可见，在水滴刚接触（0 min）超疏水
有明显差别，但 3 个表面的凸起分布都不均匀，这 处理的棉布表面时，随着 CNCs 质量分数的增加，
与 SEM 测试结果一致。由图 5b、d 和 f 可以看出， 棉布表面的接触角逐渐增加，分别为 143.0°、150.0°、
CNCs 的加入使 3 种基材表面凸起数量和密集程度 153.2°、157.3°和 158.0°，而滚动角呈相反趋势，最
均得到了很大提升，同时表面颗粒的分布更加均匀。 低为 2.0°。由此可见，随着棉布表面粒子尺寸的变
由表 1 可知，在未加入 CNCs 时，由于基材不同， 小，分散性增强，疏水性逐渐增加。但当 CNCs 质
棉布的粗糙度最高，玻璃最低。在经过 PVDF/PDMS/ 量分数增至 1.5%时，CNCs 本身发生一定程度的团
CNCs-1.5 悬浮液处理后，三者基材表面的粗糙度均 簇，对表面粒子尺寸和分散性的影响越来越小，因
有明显提高，因此，CNCs 的引入可显著提升基材 此质量分数 1.5%是 CNCs 的最佳添加量。经过
表面的粗糙度。 2.5 min 后，观察水滴接触角的变化，发现各个水滴
2.5 超疏水表面润湿性能测试 的接触角都发生了不同程度的降低。这是由于棉布
会对水滴有少部分吸收所致。随着 CNCs 质量分数
接触角和滚动角被认为是衡量基材表面疏水性
能的重要指标 [39] 。将体积为 5 µL 去离子水滴在超疏 的增加，超疏水处理棉布表面粗糙度增大，接触角
降低得越小，说明当粒子尺寸小且分散良好时，水
水处理的棉布、木板和玻璃表面，观察经过不同时
滴接触角的变化也会随之变小。经过 5.0 min 时，水
间后水滴形状的变化，结果见图 6。
滴接触角的变化同样也遵循上述规律。
由图 6b 和 c 可知，随着 CNCs 质量分数的增加，
木板表面的接触角分别为 140.0°、148.0°、152.0°、
156.0°和 156.8°，滚动角最低为 2.7°；而玻璃表面的
接触角分别为 140.0°、145.0°、149.0°、153.2°和
153.8°，滚动角最低为 3.4°。两者表面的接触角逐渐
上升，滚动角逐渐下降，这与棉布表面的疏水性规
律相同。但由于玻璃自身表面比较光滑，因此初始
时玻璃表面的接触角比棉布表面的略低，而由于玻
璃材质不会被水渗透，因此随着时间的变化，其接
触角的变化没有棉布的大。木板表面的接触角与棉
布表面相差不大，这是因为，木板表面本身也具有
一定的粗糙度。然而，由于木板对水滴的吸收不强，
因此接触角的变化要小于棉布，但稍大于玻璃表面。
从以上结果可以看出，CNCs 的引入使棉布、
木板和玻璃的表面均实现了优异的超疏水性。值得
一提的是，与其他研究中所用的具有疏水性的基材
PVDF 薄膜 [40-41] 、PE 薄膜 [42] 相比，棉布和木板均具
有一定亲水性，但通过制备的 PVDF/PDMS/CNCs
悬浮液处理，二者表面粗糙结构的均匀性以及超疏
水性仍有明显提高，充分表明了本文采用的方法对
构建超疏水表面的优异性，以及 CNCs 的引入对增
强基材超疏水性所起到的重要作用。
2.6 耐酸碱性分析
为了评价不同超疏水处理基材表面的化学耐久
性，使用酸碱度不同的溶液滴在经过 PVDF/
PDMS/CNCs-1.5 悬浮液处理后的超疏水表面，观察
其接触角的变化，结果见图 7。

图 6 水滴在超疏水处理的棉布（a）、木板（b）和玻璃 由图 7 可见，将硫酸溶液（pH=1）滴在基材表
（c）表面的接触角和滚动角 面，3 种基材表面的接触角都较高，且随着时间的
Fig. 6 Contact angle and rolling angle of water drops on 变化，接触角变化不大，仍具有超疏水性；而在碱
cotton (a), wood (b) and glass (c) after
superhydrophobic treatment 性介质（pH=13）下，3 种基材表面的接触角显著降