超疏水材料是指其表面與水的接觸角（θＣＡ）大于１５０°、且水滴在其表面的滾動角（θＳＡ）小于１０°的材 料。超疏水材料因為其特殊的表面潤濕性，體現出許多優異的性能，如防水、防凍、防腐蝕、自清 潔、減阻等等。超疏水材料的制備方法主要有兩種：一種是在低表面能材料上構建粗糙結構；另一 種是采用低表面能材料修飾粗糙表面。可見，材料的超疏水性質是材料的低表面能與多級微／納結構相 結合的產物。近年來人們采用各種技術制備構建粗糙表面，如氣相沉積法、溶膠凝膠法、激光等離 子刻蝕技術、化學刻蝕、模板法、自組裝等。這些技術往往操作復雜，對設備的要求很高。此 外，大多數超疏水材料與基底的結合差，不耐刮擦，有的甚至用手指就能抹去。因此，采用簡單經濟的方 法制備具有較高力學性能并能長時間使用的超疏水涂層，成為其工業應用的關鍵。

聚二甲基硅氧烷（ＰＤＭＳ）具有低表面能、化學性能穩定、原料簡單 易 得 等 優 點。ＰＤＭＳ／二 氧 化 硅 （ＳｉＯ２）納米粒子復合物常用于構建超疏水表面，為解決ＳｉＯ２在 ＰＤＭＳ基體中的分散問題，通常需要 對ＳｉＯ２進行疏水改性。ＳｉＯ２顆粒與 ＰＤＭＳ之間的相互作用較弱，得到的超疏水涂層往往力學性能 較差。聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）是另一種具有低表面能的聚合物材料，ＰＶＤＦ化學性能穩定，耐熱性強， 常用于構建超疏水分離膜或超疏水表面。但 ＰＶＤＦ與絕大多數基底材料的結合力較差。

本文以 ＰＤＭＳ、ＳｉＯ２納米粒子、ＰＶＤＦ粉末和γ－氨丙基三乙氧基硅烷（ＫＨ－５５０）為原料，分散于甲苯 中制備浸涂液，并采用提拉成膜的方式在銅網表面構建超疏水涂層。其中，ＳｉＯ２納米粒子與 ＰＶＤＦ 粉 末用于構建微納雙尺度粗糙結構，ＰＤＭＳ作為黏合層，偶聯劑 ＫＨ－５５０增強ＳｉＯ２，ＰＶＤＦ，ＰＤＭＳ之間的 相互作用。考察了成膜條件，如 ＰＤＭＳ組分配比、浸泡時間、提拉速度、固化溫度及溶劑選擇等，對涂層 表面疏水性的影響；并討論了浸涂液中ＳｉＯ２，ＰＶＤＦ，ＫＨ－５５０濃度對膜疏水性的影響，找出其最佳制備 條件，并對其形成機理進行了探討。

ＤＦ－２數顯集熱式磁力攪拌器，金壇市杰瑞爾電器有限公司；ＺＤ－２６７電動攪拌器，北京京偉電器有 限公司；ＦＡ－２００４電子天平，上海越平科學儀器有限公司；ＤＺＦ－６０５０真空干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司；ＪＣ２０００Ｄ１接觸角測量儀，上海中晨數字技術設備有限公司；ＳＳＪＷＡ６５－１手動角位臺，武漢紅星 楊科技有限公司；ＳＵＰＲＡ５５場發射掃描電鏡，德國蔡司。

聚二甲基硅氧烷（ＰＤＭＳ，Ｓｙｌｇａｒｄ １８４），ＤｏｗＣｏｒｎｉｎｇ公司；氣相二氧化硅（ＳｉＯ２，Ａｅｒｏｓｉｌ Ｒ９７４）， ＥｖｏｎｉｋＤｅｇｕｓｓａ公 司；聚 偏 氟 乙 烯（ＰＶＤＦ，Ｓｏｌｅｆ １０１５），Ｓｏｌｖａｙ公 司；乙 醇、γ－氨 丙 基 三 乙 氧 基 硅 烷 （ＫＨ－５５０）、正己烷、甲苯，國藥集團化學試劑有限公司。

將一定質量的 ＰＤＭＳ、ＳｉＯ２納 米 粒 子、ＰＶＤＦ 粉 末 與 ＫＨ－５５０加 入 ５０ ｍＬ 甲 苯 中，在 ８０ ℃ 下 以 ６００ｒ／ｍｉｎ的轉速機械攪拌４ｈ，關閉加熱，在常溫下繼續攪拌１ｈ，得到浸涂液。將長×寬為４．５ｃｍ× ４ｃｍ 的篩孔尺寸約１４９μｍ 銅網用乙醇清洗并干燥，浸入浸涂液中一段時間后以特定速度提拉成膜。樣品放入空氣中風干一段時間，再置于烘箱中固化２ｈ，得到超疏水銅網。

使用ＳＵＰＲＡ５５型場發射掃描電鏡對樣品表面形貌及結構進行表征。采用ＪＣ２０００Ｄ１型接觸角測 量儀在室溫條件下測定５ｍＬ 水滴在銅網表面的接觸角。樣品固定于角位臺上，將樣品臺慢慢旋 轉 傾 斜，拍攝水滴開始滾落瞬間照片，讀出其傾斜角。

將黏性膠帶黏附在涂層表面并用手指按壓后再延反方向將膠帶剝離，隨后用新的黏性膠帶重復多 次上述步驟，分別測試膠帶黏附多次后涂層表面接觸角和滾動角的變化。

表１ ＰＤＭＳ－Ａ與 ＰＤＭＳ－Ｂ質量比值對銅網涂層水接 觸角的影響 ｍ（ＰＤＭＳ－Ａ）∶ ｍ（ＰＤＭＳ－Ｂ） θＣＡ（正己烷）／（°） θＣＡ（甲苯）／（°） ８∶１ １４９．８±３．３ １５３．３±２．３ １０∶１ １５１．６±２．４ １５３．６±３．６ １２∶１ １４７．１±１．９ １５６．１±２．４ 　　Ｓｙｌｇａｒｄ１８４包含兩個組分，其中 ＰＤＭＳ－Ａ 溶液為乙烯基封端的 ＰＤＭＳ，ＰＤＭＳ－Ｂ為甲基氫基硅氧 烷共聚物、含鉑催化劑、抑制劑所組成的固化劑。不同的 ＰＤＭＳ－Ａ 與 ＰＤＭＳ－Ｂ配比影響 ＰＤＭＳ的固化 速率與固化程度，進而影響粒子的運動能力，因而影響成膜情況及涂層表面接觸角。另一方面，在成膜 過程中，溶劑的揮發速率也能影響粒子的運動，從而對膜的表面形貌及粗糙度造成影響。因此我們首先固定浸涂液組分為２．５ｇＰＤＭＳ與３．１２５ｇＳｉＯ２，將 兩者溶解在５０ｍＬ正己烷或甲苯溶液中，銅網在浸涂 液 中 的 浸 泡 時 間 為 ５ ｍｉｎ，銅 網 的 提 拉 速 度 為 ０．０５ｍｍ／ｓ，涂層的固化溫度為８０℃。改變ＰＤＭＳ－Ａ 與 ＰＤＭＳ－Ｂ 的 質 量 比，考察其對銅網涂層水接觸 角 （θＣＡ）的影響，同時比較溶劑正己烷與甲苯對成膜后水 接觸角的影響。其結果見表１。

當 ｍ（ＰＤＭＳ－Ａ）∶ｍ（ＰＤＭＳ－Ｂ）＝８∶１時，固 化 劑 含 量 高、固 化 速 度 快，抑制納米粒子的聚集；當 ｍ（ＰＤＭＳ－Ａ）∶ｍ（ＰＤＭＳ－Ｂ）＝１２∶１時，ＰＤＭＳ－Ａ 的高黏度也將影響粒子的運動，因而當 ｍ（ＰＤＭＳ－Ａ）∶ ｍ（ＰＤＭＳ－Ｂ）＝１０∶１且采用正己烷作溶劑時，所得到的涂層θＣＡ達到最大，為１５１．６°。甲苯的分子質量、 分子極性與沸點等均高于正己烷，揮發速率比正己烷慢。采用甲苯作溶劑，其較慢的揮發速率有利于納 米粒子的聚集。隨 著 固 化 劑 的 減 少，固化程度與固化速率下降，有利于粒子的聚 集。因 此θＣＡ 隨 著 ＰＤＭＳ－Ａ 組分的增加而增加，當 ｍ（ＰＤＭＳ－Ａ）∶ｍ（ＰＤＭＳ－Ｂ）＝１２∶１時涂層θＣＡ可達１５６．１°。涂層表面 出現明顯的裂紋，這說明較低的固化程度與較慢的甲苯揮發速率造成納米粒子的嚴重團聚。盡管其θＣＡ 最大，但其裂紋程度嚴重，涂層力學強度低，因此 ｍ（ＰＤＭＳ－Ａ）∶ｍ（ＰＤＭＳ－Ｂ）＝１０∶１為最佳配方。此外， 顯然甲苯作為溶劑，效果優于正己烷作為溶劑。

提拉前銅網在浸涂液中的浸泡時間同樣會影響疏水涂層的性能。因為銅網孔隙較小，需要足夠的 時間 才 能 使 銅 網 完 全 浸 潤。而若銅網浸泡時間過長，ＰＤＭＳ固化反應在溶液中大量發生，形 成 交 聯 ＰＤＭＳ網絡的過程可能會影響ＳｉＯ２粒子的吸附和分布，從而影響銅網的疏水性。因此實驗研究了浸泡時間對涂層水接觸角的影響，分別將銅網浸泡２，５， ８ｍｉｎ后，以０．０５ｍｍ／ｓ的速度提拉成膜，涂層的固 化溫度為８０ ℃。測得水在銅網涂層表面的接觸角 見表 ２。 可 見，無 論 采 用 正 己 烷 還 是 甲 苯，浸 泡 ５ｍｉｎ得到的疏水銅網的水接觸角最高。因此選擇５ｍｉｎ為最佳浸泡時間。

３ 結 論

實驗研究了 ＰＤＭＳ／ＳｉＯ２超疏水涂層的制備條件，其最佳成膜條件為：ＰＤＭＳ的 Ａ 組分與 Ｂ組分配 比為 ｍ（ＰＤＭＳ－Ａ）∶ｍ（ＰＤＭＳ－Ｂ）＝１０∶１，銅網在浸涂液中浸泡５ｍｉｎ，以０．０５ｍｍ／ｓ的速度提拉成膜， ８０ ℃下固化２ｈ，得到的超疏水銅網具有最高的水接觸角。通過引入 ＰＶＤＦ微粒和 ＫＨ－５５０，進一步制 備 ＰＤＭＳ／ＳｉＯ２／ＰＶＤＦ／ＫＨ－５５０ 超 疏 水 涂 層，改 善 了 ＰＤＭＳ／ＳｉＯ２ 銅 網 的 力 學 性 能。ＰＤＭＳ／ＳｉＯ２／ ＰＶＤＦ／ＫＨ－５５０超疏水銅網浸涂液的最佳組成為２．５ｇＰＤＭＳ，３．１２５ｇＳｉＯ２，１．７３ｇＰＶＤＦ與０．４３３ｇ ＫＨ－５５０溶入５０ｍＬ 甲苯。得到的超疏水銅網的θＣＡ為１６０．１°，θＳＡ為２．５°；并對超疏水涂層的化學組 成、表面形貌與形 成 機 理 進 行 了 考 察。與 ＰＤＭＳ／ＳｉＯ２超疏水銅網比較，ＰＤＭＳ／ＳｉＯ２／ＰＶＤＦ／ＫＨ－５５０ 超疏水涂層的力學性能顯著提高