Page 131 - 《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 ·2673·

图 8 棉布（a）、木板（b）和玻璃（c）超疏水表面接触
角和滚动角随摩擦次数的变化；棉布超疏水表面摩
擦 600 次后的 SEM 图（d、e）
Fig. 8 Contact angle and rolling angle of the superhydrophobic
surface of cotton cloth (a), wood board (b), and
glass (c) as a function of the number of frictions;
SEM images of the superhydrophobic surface of 图 9 接触角和滚动角随温度（a）及紫外线照射时间的
cotton cloth after 600 times of friction (d, e) 变化（b）
Fig. 9 Contact angle and rolling angle as a function of
由图 8c 可知，超疏水性随着摩擦次数的增加， temperature (a) and UV irradiation time (b)

在短暂下降后保持平稳，但在摩擦 280 次后接触角
从图 9b 可知，随着照射时间（0~320 h）的变
出现大幅下降，这是由于玻璃表面过于光滑，多次
化，3 种基材表面的接触角和滚动角基本维持不变，
摩擦后表面粒子发生脱落，说明其在玻璃表面的黏
表明三者对温度变化和紫外光照射具有较好的适应
附性不强。
性。这是因为，PVDF 和 PDMS 本身在一定的高温
综上所述，超疏水表面具有良好的耐摩擦性能，
和低温条件下依旧可以保持其优良的性能，同时
一方面是因为 PDMS 是一种弹性体橡胶，在外力作 PVDF 对紫外线辐射也具有一定的抵抗能力 [45] 。结
用撤去后仍能表现出较好的耐磨性 [18] 。另一方面， 果说明，在高温、低温以及紫外线长期照射的苛刻
PDMS 也具有一定的黏合作用，可以增强表面粒子
环境下，3 种基材表面均可以保持优异的超疏水性，
与基材之间的黏结度 [44] 。而棉布及木材表面本身也 因此能够进一步扩大其应用范围。
具有一定粗糙度，部分粒子黏附的凹槽内，这部分 2.9 油水分离应用分析
粒子在摩擦时并不会受到机械力的影响，因此，在 由于石油泄漏对海洋生态的污染，工业生产中
多次摩擦后也能保持一定的疏水性。 含油污废水对人类健康的威胁极大，水污染已成为
2.8 耐高温低温及耐紫外光照分析 当前亟需解决的问题 [46] 。因此，对 PVDF/PDMS/
为了测试超疏水表面在极端天气下的适应性， CNCs-1.5 超疏水棉布的油水分离性能进行了测试，
将经过 PVDF/PDMS/CNCs-1.5 悬浮液处理后的棉 以探究本文超疏水表面构建方法在实际应用方面的
布、木板和玻璃在不同温度下放置 24 h 后，测量其 潜力。
表面接触角和滚动角的变化。同时，又对 3 种超疏 按 1.3.11 节实验方法，将油水混合物缓慢倒入
水表面在常温（25 ℃）下进行了长时间的紫外线照 分离系统中，通过重力驱动，油很容易穿透超疏水
射，测量其表面的接触角和滚动角的变化，结果见 棉布滴落下去，而水被排斥，从而将油水分离开来。
图 9。 但由于正己烷、大豆油和香柏油质量比水轻，油水
从图 9a 可以看出，随着温度从–40 ℃提升至 分离过程中油相会浮在水面，因此无法接触到超疏
40 ℃，棉布、木板和玻璃表面的接触角和滚动角仅 水棉布。PAN 等 [47] 提出一种润湿-置换的方法，可以
有一些轻微的浮动，其超疏水特性保持较好。 实现将疏水亲油表面转换成疏油亲水表面。具体操
作为，将超疏水棉布在无水乙醇中浸泡 1 min，之后
在去离子水中浸泡置换 10 s，超疏水棉布即可转换
成疏油亲水棉布。分离质量比水轻的油相时，水可
以穿透超疏水棉布滴落，而油相被排斥。图 10a 为
二氯甲烷和去离子水混合后分离过程示意图。不同
油水混合物的分离效率见图 10b。由图 10b 可见，
超疏水棉布对油水混合物的分离效率均>96.5%，最
高分离效率为 98.4%。其中，大豆油和香柏油分离
效率偏低，这是因为，两者黏度较大，会有部分黏
连在杯壁上。将超疏水棉布循环使用 30 次，记录油