氟化PVA-SiO2薄膜单面疏水性的研究与表征

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包 装 工 程

PACKAGING ENGINEERING 第40卷 第19期 2019年10月

氟化PVA-SiO2薄膜单面疏水性的研究与表征

王筱宁，杨雨凡，曹雨晴，詹红钰，杨国超，蔡静蕊

（北京林业大学 材料科学与技术学院，北京 100083）

摘要：目的 研究开发一种具有单面疏水性能的聚乙烯醇薄膜材料作为包装材料。方法 将质量分数为12%、醇解度为88%的PVA溶液与质量分数为5%的纳米SiO2溶液按体积比为1∶1混合并加热搅拌，通过流延干燥的方式制备PVA-SiO2薄膜。然后分别用体积分数为2.5%，5%，7.5%的十七氟癸基三甲氧基硅烷（FAS）-乙醇溶液以浸泡方式修饰薄膜的其中一面，并通过溶解性测试、接触角测试、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、傅里叶变换衰减全反射红外光谱测试（ATR-FTIR）等方法表征改性结果。结果 结果表明薄膜单面疏水性得到改善，改性后的薄膜在水中的溶解时间增加，且接触角均在120°以上，表明FAS起到了降低表面能的作用；FE-SEM结果显示，Si元素含量对薄膜的疏水性能有着重要影响；ATR-FTIR显示，FAS改性成功将氟原子引入到薄膜表面，且增加了硅原子的数量。其中用质量分数为5%的FAS-乙醇溶液修饰后的薄膜疏水性最好，接触角达到了126.21°。结论 与未改性薄膜相比，经FAS单面疏水改性的PVA-SiO2薄膜疏水性能得到大大提高，拓宽了PVA薄膜材料的应用领域。 关键词：聚乙烯醇；单面疏水；接触角；十七氟癸基三甲氧基硅烷

中图分类号：TB484.3 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2019)19-0164-08 DOI：10.19554/j.cnki.1001-3563.2019.19.024

Research and Characterization of Single-sided Hydrophobicity of

Fluorinated PVA-SiO2 Films

WANG Xiao-ning, YANG Yu-fan, CAO Yu-qing, ZHAN Hong-yu, YANG Guo-chao, CAI Jing-rui

(College of Material Science and Technology, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

ABSTRACT: The work aims to study and develop a kind of polyvinyl alcohol (PVA) film material with single-sided hy-drophobic property as packaging material. PVA-SiO2 films were prepared by tape-casting drying with 12% (mass frac-tion) PVA solution with 88% alcoholysis degree and 5% (mass fraction) nano-SiO2 solution heated and stirred at 1:1 volume ratio. Then, one side of the film was modified by 2.5%, 5% and 7.5% heptafluorodecyl trimethoxysilane (FAS)-ethanol solution, and the modified results were characterized by solubility test, contact angle test, field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and Fourier transform attenuated total reflection infrared spectroscopy (ATR-FTIR). The results indicated that, the one-sided hydrophobicity of the films was improved. The dissolution time of modified film in water increased and the contact angles of all kinds of modified films were above 120°, which meant that FAS did play a role in lowering the surface energy. FE-SEM results showed that, the content of Si element had an im-portant influence on the hydrophobicity of the films. ATR-FTIR showed that, fluorine atoms were successfully introduced into the film surface after FAS modification, and the number of silicon atoms was increased. The hydrophobicity of the film modified by 5% (mass fraction) FAS-ethanol solution was the best, and the contact angle reached 126.21°. The hy-

收稿日期：2019-04-22

作者简介：王筱宁（1997—），女，北京林业大学本科生，主攻功能性包装材料。

通信作者：蔡静蕊（1977—），女，博士，北京林业大学讲师，主要研究方向为功能性包装材料和缓冲包装设计。

第40卷 第19期 王筱宁等：氟化PVA-SiO2薄膜单面疏水性的研究与表征 ·165·

drophobic properties of PVA-SiO2 films after single-sided modification by FAS are much better than those of unmodified ones, which widen the application field of PVA film materials.

KEY WORDS: PVA; single-sided hydrophobicity; contact angle; heptafluorodecyl trimethoxysilane

聚乙烯醇材料作为良好的环境友好型材料，且具有亲水性，因此在化工、生物医学、包装等各个领域有着重要的应用[1]。聚乙烯醇薄膜的优点突出，具有良好的透明度和光泽性，良好的气体阻隔性以及极佳的强韧性、耐撕裂性和耐磨性等，并在一定条件下具有水溶性和生物降解性，是近年来发展迅速的新型绿色材料之一[2—3]。基于以上优点，聚乙烯醇薄膜在各个领域有着广泛的应用。如在日化领域，PVA薄膜常常用作固体马桶清洁剂和定量式洗衣液的包装材料；在医疗领域，PVA薄膜常常用作医护用品的医用洗涤袋；在农业领域，PVA薄膜常常用作农作物种子的农用膜以及种子带[4—6]。亲水性也限制了其应用领域，因此，近年来，聚乙烯醇的疏水改性成为重要的研究方向。提高薄膜疏水性，一般需要具备2个条件： 降低薄膜的表面能；在薄膜表面形成微观纳米结 构[7—8]。从20世纪末开始，聚乙烯醇的疏水改性方法层出不穷。疏水性是指物品或分子与水相互排斥的物理性质。疏水性分子在水里通常会发生团聚，而水在疏水性表面上会形成较大的接触角，因此在表面呈现水滴状。目前，有许多科研人员对聚乙烯醇薄膜开展了疏水改性研究，甚至在有些研究中，薄膜的改性实现了超疏水[7]。超疏水表面是指与水的接触角大于150°、滚动角小于10°的表面。这种表面具有防水、防腐蚀、自清洁等特点，在包装、建筑、医药学等领域有着广阔的应用空间[9—12]。

对PVA薄膜进行疏水改性的方法涉及表面修饰法、化学气相沉积法、静电纺丝法等。杜海燕等[13]通过表面修饰法使用FAS对PVA-SiO2薄膜进行表面修饰，并比较了PVA和SiO2不同配比时疏水性能的优劣。其中，当PVA和SiO2体积比为1∶5时，薄膜表面具有最优的超疏水性能，其静态接触角达151.24°，滚动角为4°左右。Huang[14]等则利用化学气相沉积法实现了L-CNC/PVA复合超疏水涂料的绿色制备。该研究利用木质素涂覆的纤维素纳米晶体（L-CNC）颗粒实现了较好的结合强度，并形成粗糙的表面，为超疏水表面的制备提供了基础；随后喷涂L-CNC/PVA复合涂料，最后通过化学气相沉积（CVD）对其进行改性，成功地制备了超疏水涂料。这种制备方法避免了传统超疏水表面制备时有机溶剂、无机粒子等对环境造成的伤害。其中PVA质量分数为1%~1.5%时，超疏水表面的疏水效果最好，其中接触角最高可达158.7°，滚动角在10°以下。常金辉[15]选择了静电纺丝法对PVA薄膜进行疏水改性。首先将SiO2微球均匀分散到PVA溶液中，并将所得溶液放入10 mL注射器中，通过静电纺丝法制备超细

SiO2微球/PVA复合纤维；而后把所得复合纤维进行

煅烧处理，以去除复合纤维中的PVA；最后将纤维在氟硅烷正己烷溶液中浸泡12 h，制得超疏水超细二氧化硅纤维。当SiO2与PVA的质量比为2∶1时，复合纤维的静态接触角达到157.3°。上述薄膜材料的2个表面性质无任何区别，而对于薄膜材料而言，不对称膜的研制是一个重要突破。不对称膜的研制是通过聚合物涂覆、界面缩合、等离子体聚合、动态形成或表面改性等手段，使一个极薄的皮层附着于由不同材料

制成的支撑层上而实现的[10]。

聚乙烯醇材料的复合薄膜在环保包装材料领域有着重要的贡献，而单面疏水性薄膜正是PVA不对称膜的一种应用，因此具有单面疏水性的PVA改性薄膜有着研究的意义和价值。

高园等[16]在PVA薄膜的其中一面，

用全氟-2，5-二甲基-3，6-二氧杂壬酰氟进行接枝共聚，完成了单面疏水表面的制备。这种方法所得到的改性一侧PVA薄膜表面的静态接触角达到126°，使得PVA基膜的疏水性能大大提升，为单面疏水性PVA薄膜的制备提供了基础。目前存在关于单面疏水性PVA薄膜的研究较少，且单面疏水性的PVA薄膜材料不仅可以作为更多液体产品的包装材料，还可以在水中溶解，实现废弃处理的便捷性。

基于以上所述，文中利用混溶和表面修饰的方法，将PVA-SiO2薄膜的其中一面用不同浓度FAS-乙醇溶液浸泡进行单面修饰。拟通过溶解性测试、接触角测试、FE-SEM、ATR-FRIT等对其进行表征，探究聚乙烯醇薄膜单面疏水改性结果与FAS-乙醇溶液浓度之间的关系，希望能找到制备单面疏水性的PVA改性薄膜的便捷方法，以拓宽聚乙烯醇薄膜的应用范围。

1 实验

1.1 原材料与试剂

主要试剂与材料有十七氟癸基三甲氧基硅烷（FAS，体积分数为97%），分析纯，天津科百奥生物试剂有限公司；聚乙烯醇，聚合度为1700，醇解度为88%，上海麦克林生化科技有限公司；质量分数为30%的纳米SiO2溶液，前海圣吉雅（深圳）科技有限公司；无水乙醇，分析纯，北京化工厂。

1.2 样品制备

分别配制质量分数为12%的PVA水溶液和质量分数为5%的纳米SiO2溶液，取2种溶液各100 mL

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进行等体积混合，同时高速搅拌；玻璃表面皿用无水乙醇清洗并干燥；后取12 mL混合溶液流延于经预先处理、直径为10 cm的玻璃表面皿上，在烘箱中于80 ℃下加热2 h烘干；用质量分数为98%的乙醇溶液

配制成FAS质量分数不同的FAS-乙醇溶液（质量分数分别为7%，5%，2.5%），对制备好薄膜的其中一面进行浸泡处理；待处理完成后，烘干薄膜至完全干燥，静置以备用。薄膜制备流程示意见图1。

图1 薄膜制备的流程示意 Fig.1 Flow chart of film preparation

1.3 表征测试方法

1）PVA-SiO2薄膜的水溶性。薄膜的水溶性可用在去离子水中浸泡24 h的溶解现象来衡量，取5 cm×5 cm的不同薄膜试样，记录试样在水中浸泡24 h内的溶解现象。

2）PVA-SiO2薄膜的疏水性能。薄膜的疏水性能用与水的接触角来衡量，采用接触角测量仪（OCA 20型接触角测量仪）进行测定；接触角测试按照GB/T 30693—2014《塑料薄膜与水接触角的测量》中的规定执行；研究中采用5 μL水滴作为测量接触角的水滴，在每个样品的不同位置测量5次，取平均值作为该样品的接触角数值[17]。对于使用不同浓度FAS-乙醇溶液处理的薄膜，均取5个薄膜进行测试并取平均值作为该实验条件下的接触角数值结果。

3）PVA-SiO2薄膜的表面元素组成及微观形貌。薄膜的表面元素及微观形貌采用FE-SEM进行观测（JSM-7001型场发射扫描电子显微镜），其中放大倍数为1000倍，放大至微米级，加速电压为15 kV，并利用仪器配置的X射线能谱仪进行EDS定量分析；测试按照GB/T 17359—2012《微束分析 能谱法定量分析》中的规定执行。

4）PVA-SiO2薄膜的ATR-FTIR分析。对改性前后的PVA-SiO2薄膜利用衰减全反射法进行官能团的测定并加以分析（Nicolet 6700型红外光谱仪测试）；测试按照GB/T 6040—2002《红外光谱分析方法通则》中的规定执行。

2 实验结果与讨论

各个样品的处理方法见表1。

表1 样品处理方法

Tab.1 Sample processing method 样品名 PVA PVA-SiO2 PVA-SiO2-FAS(5%)

配方 PVA PVA，SiO2

PVA，SiO2，FAS(5%)-乙醇溶液

PVA-SiO2-FAS(2.5%) PVA，SiO2，FAS(2.5%)-乙醇溶液 PVA-SiO2-FAS(7.5%) PVA，SiO2，FAS(7.5%)-乙醇溶液

2.1 PVA-SiO2单面疏水薄膜的水溶性

水溶性现象见表2。其中纯PVA薄膜在水中均迅速溶解，PVA-SiO2薄膜缓慢溶解，证明SiO2减缓

第40卷 第19期 王筱宁等：氟化PVA-SiO2薄膜单面疏水性的研究与表征 ·167· 了薄膜在水中溶解的速度；其余经FAS-乙醇溶液修饰的3种薄膜在水中均会发生极微量的溶解。此外，经过FAS-乙醇溶液修饰后的薄膜在水中浸泡时均会发生变薄的现象，推测是由于薄膜单面疏水，未经改性一侧的薄膜溶解速度更快。溶解性测试的结果说明经过FAS-乙醇溶液改性后，薄膜表面疏水性虽提高，但长久浸泡在水中仍会完全溶解。 浓度FAS-乙醇溶液对PVA-SiO2薄膜修饰前后的实验结果见表3。根据表3，纯PVA薄膜的接触角仅有81.92°，而PVA-SiO2薄膜的接触角增至100.34°，说明SiO2对薄膜的疏水性有明显的改善。用FAS-乙醇溶液修饰后，其未处理面接触角与PVA-SiO2薄膜单面相近，而处理面的接触角均达到了120°以上，由此可以看出，经FAS-乙醇溶液修饰后，薄膜表面接触角提高。当FAS质量分数为5%时，修饰后薄膜表面的接触角最大，修饰效果最明显。 2.2 PVA-SiO2疏水表面的疏水性 薄膜的疏水性一般由接触角数值来衡量[18]。不同 表2 经不同浓度FAS处理前后的PVA-SiO2薄膜在去离子水中的水溶性现象 Tab.2 Water solubility of PVA-SiO2 films in deionized water before and after FAS treatment at different concentrations 样品名 PVA PVA-SiO2 PVA-SiO2-FAS(2.5%) PVA-SiO2-FAS(5%) PVA-SiO2-FAS(7.5%) 现象 3 min后完全溶解 浸泡后薄膜变软，逐渐溶解，18 h后溶解约1/3，24 h后溶解约1/2 浸泡后薄膜缓慢变软，薄膜变薄，颜色渐渐趋于乳白色，且发生极微量溶解 浸泡后薄膜缓慢变软，薄膜变薄，颜色渐渐趋于乳白色，且发生极微量溶解 浸泡后薄膜缓慢变软，薄膜变薄，颜色渐渐趋于乳白色，且发生极微量溶解 表3 经FAS单面处理前后的PVA-SiO2薄膜表面接触角 Tab.3 Surface contact angle of PVA-SiO2 films before and after FAS single-side treatment 样品名 PVA PVA-SiO2 PVA-SiO2-FAS(2.5%)处理前 PVA-SiO2-FAS(2.5%)处理后 PVA-SiO2-FAS(5%)处理前 PVA-SiO2-FAS(5%)处理后 PVA-SiO2-FAS(7.5%)处理前 PVA-SiO2-FAS(7.5%)处理后 左接触角平均值/(°) 83.32 100.32 102.00 122.08 103.20 127.19 104.50 125.30 右接触角平均值/(°) 80.52 100.36 102.06 120.10 107.36 125.23 104.60 125.88 接触角平均值/(°) 81.92 100.34 102.03 121.09 105.28 126.21 104.55 125.59 为了更加直观地观察薄膜疏水性，将少量去离子水滴分别滴到PVA-SiO2薄膜和经FAS-乙醇溶液修饰的PVA-SiO2薄膜表面，2种薄膜表面滴落水滴的形态对比见图2。由图2可知，水滴在PVA-SiO2薄膜表面会迅速铺展，面积增大，说明其接触角度小；在经FAS修饰后的薄膜表面上，水滴不易铺展，且容易滚动，说明其接触角大，具有疏水性。根据表3和图2，说明经FAS修饰过的PVA-SiO2薄膜表面疏水性增强。 2.3 PVA-SiO2超疏水表面的元素组成及微观形貌 用JSM-700型场发射扫描电子显微镜及电子能谱来考察薄膜表面的元素组成及微观形貌，扫描电镜放大倍数为1000倍，放大至10 μm级，加速电压为15 kV。其所示区域各元素的质量百分比和原子百分比见表4—5，微观形貌及元素分布见图3—17。PVA基膜由纯PVA制备，PVA-SiO2基膜中只添加了SiO2，未引入氟原子因此只含C、H元素，无Si、F元素,。因此扫描电镜结果显示只有C、H、Si元素，无F元素。根据FE-SEM的扫描结果，经FAS-乙醇溶液修饰过的PVA-SiO2薄膜表面存在氟化物，并在表面凝聚。其中经FAS（7.5%）-乙醇溶液溶液修饰后的PVA-SiO2薄膜表面氟化物最多，FAS（2.5%）-乙醇溶液次之，FAS（5%）-乙醇溶液最少。根据文献，F元素的引入会降低薄膜表面能，所以疏水性测试结果中经过FAS-乙醇溶液修饰的PVA-SiO2薄膜接触角较未经处理的PVA-SiO2薄膜得到了提高。扫描 a 未处理 b FAS修饰 图2 薄膜表面滴落水滴形态对比 Fig.2 Comparison of droplet morphology on the surface ·168· 包 装 工 程 2019年10月

结果显示，F元素含量的多少和接触角测试结果不完全对应，这是因为F元素不是唯一影响接触角的因素。另一个影响薄膜表面接触角的因素是Si元素。虽扫描电镜未拍摄到纳米SiO2带来的粗糙结构，但Si元素增加后，PVA-SiO2薄膜的疏水性提高。Si元素的提高主要有2点原因：FAS中所含有的Si附着在薄膜表面；FAS-乙醇溶液中的少量水分将PVA-SiO2薄膜表面的PVA溶解，进而SiO2暴露出来，因此含量增加。由图3—17可知，硅在表面微观形貌更为平整区域中的含量往往更多，其中表面更为平整的原因可能是由于PVA-SiO2薄膜表面被FAS-乙醇溶液中的少量水分溶解所致。由于进行测试的薄膜中，经FAS（5%）-乙醇溶液处理的PVA-SiO2薄膜表面的溶解更充分，相对其他薄膜看上去更为平整，因此Si元素得到了更充分的暴露。综上所述，在F和Si元素的共同作用下，经FAS（5%）-乙醇溶液修饰的PVA-SiO2薄膜表面疏水性最好。

表4 FAS对PVA-SiO2薄膜进行单面处理后薄膜表面的

元素质量分数

Tab.4 Elemental weight percentage of PVA-SiO2 film

surface after single-sided treatment by FAS %

样品名 碳元素 氧元素 氟元素 硅元素 PVA 57.34 42.66 — — PVA-SiO2 48.49 41.00 — 10.50 PVA-SiO2-FAS(2.5%) 26.79 8.24 56.60 8.37 PVA-SiO2-FAS(5%) 34.04 26.74 29.47 9.76 PVA-SiO2-FAS(7.5%)

22.88

3.96

69.24

3.92

表5 FAS对PVA-SiO2薄膜进行单面处理后薄膜

表面的元素原子数分数

Tab.5 Elemental atomic percentage of PVA-SiO2 film

surface after single-sided treatment by FAS %

薄膜种类 碳元素 氧元素 氟元素 硅元素 PVA 64.16 35.84 — — PVA-SiO2 57.89 36.75 — 5.36 PVA-SiO2-FAS(2.5%) 37.03 8.55 49.46 4.95 PVA-SiO2-FAS(5%)

44.25

26.10 24.22 5.43 PVA-SiO2-FAS(7.5%) 32.09

4.17

61.40

2.35

图3 经FAS质量分数为2.5%的FAS-乙醇溶液处理

薄膜表面的微观形貌

Fig.3 Microstructure of film surface treated by FAS-ethanol

solution with 2.5% FAS mass fraction

图4 经FAS质量分数为2.5%的FAS-乙醇溶液

处理薄膜表面的碳元素分布

Fig.4 Distribution of carbon on film surface treated by FAS-ethanol solution with 2.5% FAS mass fraction

图5 经FAS质量分数为2.5%的FAS-乙醇溶液

处理薄膜表面的氧元素分布

Fig.5 Distribution of oxygen on film surface treated by FAS-ethanol solution with 2.5% FAS mass fraction

图6 经FAS质量分数为2.5%的FAS-乙醇溶液

处理薄膜表面的氟元素分布

Fig.6 Distribution of fluorine on film surface treated by FAS-ethanol solution with 2.5% FAS mass fraction

图7 经FAS质量分数为2.5%的FAS-乙醇溶液处理薄膜

表面的硅元素分布

Fig.7 Distribution of silicon on film surface treated by FAS-ethanol solution with 2.5% FAS mass fraction

第40卷 第19期 王筱宁等：氟化PVA-SiO2薄膜单面疏水性的研究与表征 ·169·

图8 经FAS质量分数为5%的FAS-乙醇溶液

处理薄膜表面的微观形貌

Fig.8 Microstructure of film surface treated by FAS-ethanol

solution with 5% FAS mass fraction

图9 经FAS质量分数为5%的FAS-乙醇溶液

处理薄膜表面的碳元素分布

Fig.9 Distribution of carbon on film surface treated by FAS-ethanol solution with 5% FAS mass fraction

图10 经FAS质量分数为5%的FAS-乙醇溶液

处理薄膜表面的氧元素分布

Fig.10 Distribution of oxygen on film surface treated by FAS-ethanol solution with 5% FAS mass fraction

图11 经FAS质量分数为5%的FAS-乙醇溶液

处理薄膜表面的氟元素分布

Fig.11 Distribution of fluorine on film surface treated by

FAS-ethanol solution with 5% FAS mass fraction

图12 经FAS质量分数为5%的FAS-乙醇溶液

处理薄膜表面的硅元素分布

Fig.12 Distribution of silicon on film surface treated by FAS-ethanol solution with 5% FAS mass fraction

图13 经FAS质量分数为7.5%的FAS-乙醇溶液

处理薄膜表面的微观形貌

Fig.13 Microstructure of film surface treated by FAS-ethanol solution with 7.5% FAS mass fraction

图14 经FAS质量分数为7.5%的FAS-乙醇溶液

处理薄膜表面的微观形貌

Fig.14 Microstructure of film surface treated by FAS-ethanol

solution with 7.5% FAS mass fraction

图15 经FAS质量分数为7.5%的FAS-乙醇溶液

处理薄膜表面的氧元素分布

Fig.15 Distribution of oxygen on film surface treated by FAS-ethanol solution with 7.5% FAS mass fraction

·170· 包 装 工 程 2019年10月

图16 经FAS质量分数为7.5%的FAS-乙醇溶液

处理薄膜表面的氟元素分布

Fig.16 Distribution of fluorine on film surface treated by FAS-ethanol solution with 7.5% FAS mass fraction

图17 经FAS质量分数为7.5%的FAS-乙醇溶液

处理薄膜表面的硅元素分布

Fig.17 Distribution of silicon on film surface treated by FAS-ethanol solution with 7.5% FAS mass fraction

2.4 薄膜表面的FTIR结构分析

红外光谱采用Nicolet 6700型红外光谱仪（ATR-FTIR）测试，光谱图见图18。其中选择了经FAS质量分数为5%的FAS-乙醇溶液修饰后的

PVA-SiO2薄膜进行ATR-FTIR表征。

与纯PVA相比，PVA-SiO2薄膜在1028 cm−1和1045 cm−1处增加了吸收峰。这2处的吸收峰属于Si—O—Si的伸缩振动吸收峰，说明PVA-SiO2薄膜成功将Si原子引入到了薄膜表面。

与其他2种薄膜相比，经FAS-乙醇溶液修饰的PVA-SiO2薄膜在1146 cm−1处的吸收峰较弱。1146 cm−1处的吸收峰属于C—O键的伸缩振动吸收峰[19]，由此推断，FAS-乙醇溶液中的少量水分对PVA-SiO2薄膜表面的PVA进行了一定程度的溶解。C—F键伸缩振动吸收峰处于900~1500 cm−1内[20]，图6中经FAS-乙醇溶液处理的PVA-SiO2薄膜在1070 cm−1处有明显的吸收峰，验证了C—F键的存在。由于经FAS-乙醇溶液改性后的PVA-SiO2薄膜存在C—F特征振动峰区间的峰值，因此可以说明FAS这一低表面能试剂成功将F原子引入到了PVA-SiO2薄膜表面。此外，FAS-乙醇溶液改性后的PVA-SiO2薄膜还在810，606 cm−1处出现了吸收峰。其中810 cm−1处

的峰是Si—O的特征振动峰[13,21—23]，

606 cm−1处的峰是Si—O—Si的特征振动峰[24]。Si—O及Si—O—Si吸收峰的增多，是FAS引入Si原子以及PVA-SiO2薄膜表面PVA溶解后暴露出Si原子的共同作用。综上所述，PVA-SiO2薄膜表面引入了F和Si元素，降低了薄膜表面的表面能，增加了表面的微观结构。因此薄膜表面的接触角上升，疏水性提高，印证了FE-SEM的表征结果。

图18 PVA薄膜的FTIR红外光谱 Fig.18 FTIR infrared spectra of PVA films

3 结语

文中以聚合度为1700，醇解度为88%的PVA及

质量分数为30%的纳米SiO2溶液为原料，以混溶法

制备了PVA-SiO2薄膜。

随后通过FAS-乙醇溶液修饰PVA-SiO2薄膜的某一表面，以提高薄膜单面疏水性。由于亲水性PVA的侧链和SiO2表面都含有丰富的羟基，能与氟硅烷偶联剂偶联，因此成功将低表面能原子氟引入到薄膜表面，提高了薄膜的单面疏水性。改性后薄膜的表面接触角均达到120°以上，相较未改性的薄膜，疏水性大大提升。其中体积分数为5%的FAS-乙醇溶液修饰的薄膜接触角最大。

用FAS-乙醇溶液修饰PVA-SiO2薄膜在提高单面疏水性后，仍可在水中完全溶解，确保了这种薄膜在废弃处理阶段更为便捷环保，拓宽了PVA薄膜材料的应用领域。 参考文献：

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