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基于超支化聚酯的防污涂料:自清洁、抗涂鸦和化学屏蔽性质

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发表于 2019-9-4 14:37:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
防污涂层对水性、油性液体具有显著的排斥性质,可防止它们扩散到涂层表面,并在一定条件下把它们从表面驱除而不留任何残留。


这些涂层有很大的实际应用价值——如用于智能手机,它们可以减少指纹沉积,便于屏幕清洗;将其涂覆于摩天大楼玻璃窗,有助于抑制污渍形成,在雨天易于清除灰尘,极大方便了人们的日常生活。



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防污涂料:自清洁、抗涂鸦和化学屏蔽性质


制备抗污涂料的有效方法,第一种是采用氟化单元构建微纳米级的粗糙表面,以提供超双疏性质。


虽然油滴和水滴在这些粗糙表面有特殊的接触角(150o以上),易于从表面滚落,但纹理结构的固有缺陷,包括较差的耐磨性和光学透明性,限制了其广泛和长期应用。


已知光滑的表面与液滴的接触角不超过120o,当液滴从防污表面滑落时不会留下任何痕迹。在多孔表面用氟化的润滑剂对孔进行填充而制备的光滑的多孔表面(SLIPS),对水和油污染物具有显著的排斥作用。但含氟液体会对环境和人体造成危害,因此游离润滑油的蒸发或泄露仍是一个挑战性课题。


与SLIPS比较,经共价接枝对基质进行预处理而制备的液状单层膜更为实用,如聚二甲基硅氧烷(PDMS),它有效避免了蒸发或泄露造成的防污染剂损失。虽然有出色的液体滑动性质,但其很易磨损。



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防污涂料的制备及其结构


与上述涂料不同,由于具有可变的厚度、透明的外观、可与各种基质结合、能固定于涂料基质等性质,基于聚合物的光滑防污涂料在实际应用中更具优势,它有效解决了光学透明度差、抗磨损差以及防污试剂的蒸发或泄露等问题。


该类聚合物防污涂料通常在结构中引入低表面张力基团以使表面具有低表面能,例如氟化的组分或含有PDMS的组分。使用氟化组分作为防污试剂是公认的有效方法,但成本高、不可降解、在生物体内聚集、毒性高等缺点限制了其应用。


PDMS因其化学惰性、生物相容性、成本适中,光学性质和环境友好等优点而被广泛使用。为了制备无氟防污涂料,使PDMS的一侧末端基与涂料基质的两侧末端基共价连接,这有利于未连接的PDMS侧链在涂膜表面形成刷,以提供优异的液体滑移能力。


除了低表面能,充分交联也是必不可少的。交联不足会使表面重构而降低液体的驱避性。因此,在此类涂料体系中,涂料前驱体应具有较高的官能团密度,然后通过特定的固化剂或工艺以达到充分交联的目的。

超支化聚合物高密度的末端功能基,可作为光滑防污涂料的交联位点以形成充分的交联结构。

华南理工大学、韶关大学、广州大学的HeqingFu等人以端羟基超支化聚酯为涂料前体、单端羟基为末端基的聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)为防污试剂、环己烷二异氰酸酯三聚体为固化剂,制备了新型防污涂料。



新型防污涂料具有以下特点:

1、含有0.5wt%的PDMS,透明度和疏水性高。

2、对各种液体具有相当的排斥作用,具有优异的自清洁性质。

3、水、十六烷、盐溶液、强酸碱溶液、泵油、原油等均可从其表面滑落而不留任何痕迹,涂层表面的污垢易于用水或油清除。

4、涂层表面对人指纹、油墨、涂料和水污迹的排水性很强,因而具有潜在的抗指纹和抗涂鸦应用前景。

5、具有优良的化学屏蔽能力,可在严酷的化学条件下保护基质不受侵害。

6、抗磨损、抗冲击、抗弯曲性能良好,对各种基材附着力良好。

文献来源:XimingZhong, Hengfeng Hu,Lei Yang, JieSheng,andHeqing Fu*.ACSAppl. Mater. Interfaces2019, 11, 14305-14312.


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