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PVDF疏水膜的制備研究
引言
表面的浸潤性是決定材料應用的一個重要性質,許多物理化學過程,如吸附、潤滑、黏合、分散和摩擦等均與表面的浸潤性密切相關。超疏水性就是表面潤濕性的一個特殊表征。近年來,由于超疏水表面在自清潔表面、微流體系統和生物相容性等方面的潛在應用,有關超疏水表面的研究引起了極大的關注[1-3]。Erbil 等[4]以等規聚丙烯為成膜物質,通過選擇合適的溶劑、沉淀劑和成膜溫度來調控溶液成膜過程中聚合物的結晶速率,得到了具有多孔結構的聚合物表面,與水的接觸角（WCA） 可達 160°。而Vogelaar 等[5] 將聚合物溶液澆注在具有微米結構的模板上,利用模板本身的微結構和成膜過程中的微相分離,得到了具有多級結構的超疏水表面。
本文以PVDF 為原料，制備了PVDF 疏水膜，討論了膜表面粗糙度、鑄膜液中PVDF濃度及SiO2 填充量對膜疏水性的影響。
1 實驗材料和方法
1.1 材料和設備
PVDF，美國杜邦公司；DMF，分析純，天津科密歐試劑公司；無水乙醇，分析純，天津科密歐試劑公司。
1.2 PVDF 膜的制備
將一定量的 PVDF 材料以及添加劑SiO2 在攪拌、加熱條件下勻速緩慢的加入溶劑DMF中，加熱攪拌直到PVDF 完全溶解，SiO2 分散均勻，室溫下脫泡6 小時備用。
在室溫條件下，將鑄膜液分別均勻緩慢地在普通玻璃板（simple glass）、磨砂玻璃板（matglass）上刮膜，于30℃水浴中采用相分離法成膜，于水浴池中浸泡24 小時后取出，清洗干燥，制備樣品備用。
1.3 膜的表征
將膜放至ALPHA 1-2 冷凍干燥機中，干燥后，采用JYSP-180 接觸角測量儀測量其靜態接觸角θ；將冷凍干燥好的膜片在液氮中脆斷后噴金，用場發射掃描電子顯微鏡（FESEM，Hitachi-s-4800）觀察膜表面及斷面的形態。
2 結果與討論
2.1 PVDF 濃度對膜接觸角的影響
圖為鑄膜液中PVDF 濃度對膜接觸角的影響。由圖1 可以看出，PVDF 濃度越低，膜的接觸角越大。這是由于低PVDF 濃度條件下所制膜的結構致密程度低，在一定程度上增加了膜表面粗糙度，根據wenzel 模型理論[6]，當表面的粗糙度增大時，膜表面的表面能將降低，膜的疏水性將得到提高。
2.2 粗糙度對接觸角的影響
圖粗糙度對PVDF 膜接觸角的影響，實驗中使用不同粗糙度的玻璃板（普通玻璃、磨砂玻璃）作為底板進行制膜。由圖可見，在相同的PVDF 濃度下，采用磨砂玻璃制得的膜的接觸角高于普通玻璃制得的膜。磨砂的粗糙度高，由磨砂玻璃作為底板所制得的PVDF 膜的膜表面粗糙度也得到提高，從而膜表面的表面能降低，使得膜表面的疏水性提高。
2.3 SiO2 填充量對接觸角的影響
為SiO2 填充量對接觸角的影響，實驗中，PVDF 濃度固定為10%。由圖3 可以看出，以光滑玻璃作為制膜底板時，隨著鑄膜液中SiO2 的添加量的增加，膜的接觸角增加，這是由于SiO2 添加劑具有一定的疏水性，當膜表面SiO2 含量增加時，SiO2 表現出來的疏水性在膜中得到體現，膜的疏水性增加。而由磨砂玻璃作為制膜底板時（如圖3 所示），在SiO2 填充量為1%時接觸角略有提高，但隨著SiO2 填充量的增加其接觸角卻有所下降，這是由于磨砂玻璃底板使得制備的膜表面結構疏松，膜表面疏松的結構并不能有效的保留住SiO2顆粒，SiO2 會在水浴中析出，隨著SiO2 濃度的增大，這種現象愈發明顯。
2.4 PVDF 膜表面的微觀形貌
圖最佳制膜條件下制備的PVDF-SiO2 體系膜的接觸角照片，制膜條件為PVDF 濃度10%，SiO2 填充量為1%，制膜底板為磨砂玻璃。由圖4 可見，膜的接觸角達到139°。由電鏡照片可以看出，膜的表面凹凸不平，這種結構使得膜表面粗糙度較大，從而使膜的疏水性較高，這與前文實驗研究得出的結論一致。
3 結論
（1）PVDF 膜的疏水性隨鑄膜液中PVDF 的濃度的增加而降低；在使用粗糙度高的磨砂玻璃時，有效地提高了膜表面的粗糙度，使得膜的疏水性進一步提高。
（2）以光滑玻璃作為制膜底板時，隨著鑄膜液中SiO2 添加量的增加，膜的接觸角增加。
（3）在二氧化硅填充量為1%、PVDF 濃度10%時，膜的接觸角可達139°。
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參考文獻
[1] 馬英,馬永梅,曹新宇,鄒洪,江雷.超疏水性塑料薄膜簡易制備方法研究[J].塑料,2006, 35(5):39～42.
[2] 金美花，廖明義等.軟模板印刷法制備超疏水性聚苯乙烯膜.化學學報，2012 年第66卷第1期，145～ 148.
[3] Julianna A, Sandra E, Jilska M,et al. Fabrication of a super-hydrophobic polypropylene membrane bydeposition of a porous crystalline polypropylene coating[J]. J Membr Sci,2012,318, 107～110.
[4] Erbil H Y, Demirel A L , Avci Y, et al. Transformation of a simple plastic into a superhydrophobic surface[J].Science , 2003 , 299 :1377～1380.
[5] Vogelaar L , Lammertink R G H , Wessling M. Superhydrophobic surfaces having two-fold adjustableroughness prepared in a single step[J]. Langmuir , 2006 ,22 : 3125～3130.
[6] Wenzel R N. Surface roughness and contact angle [J]. J. Phys. Chem., 1949, 53: 1466—1470
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