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蘭州大學(xué)門學(xué)虎團(tuán)隊(duì)和倫敦瑪麗女王大學(xué)陸遙團(tuán)隊(duì)合作 ACS AMI:一種具有高透明度、高硬度和高柔韌性的固態(tài)超滑防污涂層
2022-07-04  來源:高分子科技

  固態(tài)超滑表面具有和超疏水表面同樣的自清潔及防污性能。相較于粗糙的超疏水表面,固態(tài)超滑表面具有極低的粗糙度,并可實(shí)現(xiàn)較高的機(jī)械強(qiáng)度及高透明度,在光伏玻璃涂層、高層玻璃建筑等表面抗污具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值。固態(tài)超滑表面的硬度、柔韌度和透明度則分別決定了其在不同領(lǐng)域的適用程度,如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)固態(tài)超滑表面的高硬度、柔韌性和高透明度目前仍是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題。


  此前,蘭州大學(xué)門學(xué)虎團(tuán)隊(duì)倫敦瑪麗女王大學(xué)陸遙團(tuán)隊(duì)合作,已設(shè)計(jì)了一種高透明度柔性超滑防污涂層(Progress in Organic Coatings, 2021, 161(15):106476),該涂層具有出色的防污能力和高透明度,但不具備高硬度和韌性,導(dǎo)致其適用范圍較窄。近日,該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種全新的固態(tài)超滑TAHF涂層,該涂層不僅具有高透明度和優(yōu)良防污性能,還具有低成本、高硬度及高柔韌性,相關(guān)成果發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces期刊。

 

圖 1  TAHF涂層的設(shè)計(jì)策略及制備流程圖


  能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)硬度、柔韌性、透明度和防污性,得益于嚴(yán)格的設(shè)計(jì)方法。高度甲醚化三聚氰胺甲醛樹脂(HMMM)的自交聯(lián)為涂層提供了三維空間上高度交聯(lián)的片段,使得涂層具有足夠高的硬度;六亞甲基二異氰酸酯三聚體(HDIT)上的六亞甲基長鏈連接了高交聯(lián)密度的HMMM片段,在高度自交聯(lián)的HMMM片段之間構(gòu)建了一座柔性橋梁,使其脆性降低,具有一定的柔性;同時(shí),HDIT的引入為整個(gè)體系增加了大量的氫鍵位點(diǎn),使涂層具有很強(qiáng)的附著力;而通過HDIT上的-NCO-NH2反應(yīng),也成功地將單氨基封端聚二甲基硅氧烷(NH2-PDMS連接到了樹脂基體上。在涂層固化時(shí),表面含有的PDMS長鏈會(huì)自發(fā)向涂層與空氣界面伸展,形成“分子刷”,為涂層帶來防污性能。 


 2 a-d)有無涂層玻璃表面涂鴉、擦拭效果對(duì)比。(e-h)有無涂層玻璃表面人工指紋液測試。(i-l)有無涂層玻璃表面人工鳥糞在的清潔過程比較


  所制備的涂層對(duì)具有不同表面張力系數(shù)的各種液體,如正癸烷、正十二烷、十六烷、乙醇、DMF和水均表現(xiàn)出顯著的斥液性能。此外,涂層表面的涂鴉、和人工鳥糞等可以較輕松地被清除,人工指紋液、泥水也可以很容易地滑落而不留下任何痕跡。這項(xiàng)涂層在各種基材上表現(xiàn)出優(yōu)異的附著力,比商業(yè)購買的高性能防腐涂料表現(xiàn)出更卓越的化學(xué)屏蔽性能,還具有抗磨損和抗彎折能力。出色的綜合性能和簡易的制備工藝可使此涂層材料適用于不同工況需求。 


a)不同測試液體在涂層上的滑動(dòng)角,其中水的體積為20.0 μL,其他液滴的體積為10.0 μL。(b)有無涂層玻璃的紫外可見吸收光譜


  尤其是該涂層還具有高透明度,其在可見光范圍內(nèi)的透光率與玻璃相當(dāng),結(jié)合其高硬度、柔韌性和化學(xué)穩(wěn)定性,使得該涂層在光學(xué)器件、光伏玻璃表面及建筑玻璃表面的防污、防沙塵、自清潔方面有巨大的應(yīng)用前景。


  原文信息:

  Rational Design of Durable Anti-fouling Coatings with High Transparency, Hardness, and Flexibility

  Peng Gao, Yanling Wang, Jing Wang, Fushan Wang, Wen Ma, Zhaozhu Zhang, Xuehu Men*, and Yao Lu*

  https://doi.org/10.1021/acsami.2c04279

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