河北工業(yè)大學(xué)潘明旺教授團(tuán)隊(duì) CEJ：基于Zr-O-Si網(wǎng)絡(luò)制備堅(jiān)固且自愈的防靜電WPU雜化涂層
2024-03-30 來(lái)源：高分子科技
水性聚氨酯（WPU）涂層因其出色的環(huán)境友好性和施工性而成為傳統(tǒng)溶劑型涂層極具發(fā)展?jié)摿Φ奶娲贰Ｈ欢，由于分子結(jié)構(gòu)固有的柔性與剛性的矛盾，現(xiàn)有的自愈合WPU大多表現(xiàn)出粘彈性、不可逆疲勞和損傷、自修復(fù)功能與力學(xué)性能難以調(diào)和等問(wèn)題。
近期，河北工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院潘明旺教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)力學(xué)性能和自修復(fù)性能難以調(diào)和的問(wèn)題，提出了利用具有動(dòng)態(tài)可逆鍵的納米粒子實(shí)現(xiàn)了WPU復(fù)合涂層體系力學(xué)性能和自修復(fù)能力同時(shí)增強(qiáng)的新策略。首先，采用3-氨丙基三乙氧基硅烷修飾正丙醇鋯（TPOZ），增強(qiáng)其與WPU之間的相容性，并通過(guò)縮合水解形成動(dòng)態(tài)可逆鍵，賦予其自愈能力。將氨基修飾的TPOZ（A-ZrO2）加入到甘胺酰胺功能化的聚氨酯（WPUGx）網(wǎng)絡(luò)中，制備了聚氨酯復(fù)合涂層（WPUGx/A-ZrO2）。研究結(jié)果表明，該涂層具有優(yōu)異的斷裂能（50.3 kJ/m2）、彈性恢復(fù)能力及抗靜電功能。特別是，該復(fù)合涂層在保持了優(yōu)異的力學(xué)性能的同時(shí)還具有92.58%的愈合效率，顯示出在柔性電子上應(yīng)用的潛力。這項(xiàng)研究工作通過(guò)使用堅(jiān)硬且具有可逆共價(jià)鍵的納米粒子增強(qiáng)水性涂層體系，解決了力學(xué)性能與自愈性能之間難以兼顧的問(wèn)題，擴(kuò)大了WPU的應(yīng)用領(lǐng)域。該工作以“Self-Healing and Antistatic Waterborne Polyurethane Hybrid Coating Resulting from Hard but Reversible Zr-O-Si Networks”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上（Chemical Engineering Journal 2024, 487, 150538）。文章第一作者是河北工業(yè)大學(xué)博士生韓凱，通訊作者為潘明旺教授和潘志成副教授。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委基金項(xiàng)目（52273007, 51973050）和河北省自然科學(xué)基金委基金項(xiàng)目（B2022202062）的資助。
圖2 WPUG2.0和WPUG2.0/A-ZrO2薄膜的（a）拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線和（b）真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線；（c）無(wú)缺口和有缺口的WPUG2.0/A-ZrO2薄膜的應(yīng)力-應(yīng)變曲線；（d）與先前報(bào)道的自愈合材料的斷裂能比較；（e）有缺口WPUG2.0/A-ZrO2樣品的斷裂機(jī)制示意圖；（f）原始、延伸和復(fù)原的WPUG2.0/A-ZrO2薄膜的照片；（g）WPUG2.0/A-ZrO2薄膜的循環(huán)拉伸測(cè)試結(jié)果；（h）采用記號(hào)筆對(duì)WPUG2.0/A-ZrO2薄膜進(jìn)行穿刺測(cè)試結(jié)果的照片.
該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于自修復(fù)水性涂層的制備及其性能研究的最新進(jìn)展之一。聚合物的水性化往往造成涂層的耐水性降低、易發(fā)生閃銹、自修復(fù)功能與力學(xué)性能難以兼顧等問(wèn)題，極大地限制了其實(shí)際應(yīng)用。為此，團(tuán)隊(duì)針對(duì)水性涂層目前存在的問(wèn)題，研發(fā)了一系列多功能自愈合水性涂層，并系統(tǒng)研究了聚合物分子結(jié)構(gòu)與涂層性能之間關(guān)系。在過(guò)去的兩年中，團(tuán)隊(duì)基于分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備了一系列自修復(fù)水性涂層，提出了基于有機(jī)/無(wú)機(jī)齊聚物（或共聚物）穩(wěn)定劑制備水性氟碳復(fù)合涂層的新策略（Appl. Surf. Sci. 2022, 602, 154334；Prog. Org. Coat. 2023, 184, 107853），還利用配位化學(xué)解決了水性涂層體系的閃銹難題（Chem. Eng. J. 2023, 468, 143573），同時(shí)系統(tǒng)地探索了不同的聚氨酯鏈結(jié)構(gòu)對(duì)其涂層力學(xué)性能和自修復(fù)性能的影響關(guān)系（Polymer 2022, 264, 124778，ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 19414-19426）。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150538
近期，河北工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院潘明旺教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)力學(xué)性能和自修復(fù)性能難以調(diào)和的問(wèn)題，提出了利用具有動(dòng)態(tài)可逆鍵的納米粒子實(shí)現(xiàn)了WPU復(fù)合涂層體系力學(xué)性能和自修復(fù)能力同時(shí)增強(qiáng)的新策略。首先，采用3-氨丙基三乙氧基硅烷修飾正丙醇鋯（TPOZ），增強(qiáng)其與WPU之間的相容性，并通過(guò)縮合水解形成動(dòng)態(tài)可逆鍵，賦予其自愈能力。將氨基修飾的TPOZ（A-ZrO2）加入到甘胺酰胺功能化的聚氨酯（WPUGx）網(wǎng)絡(luò)中，制備了聚氨酯復(fù)合涂層（WPUGx/A-ZrO2）。研究結(jié)果表明，該涂層具有優(yōu)異的斷裂能（50.3 kJ/m2）、彈性恢復(fù)能力及抗靜電功能。特別是，該復(fù)合涂層在保持了優(yōu)異的力學(xué)性能的同時(shí)還具有92.58%的愈合效率，顯示出在柔性電子上應(yīng)用的潛力。這項(xiàng)研究工作通過(guò)使用堅(jiān)硬且具有可逆共價(jià)鍵的納米粒子增強(qiáng)水性涂層體系，解決了力學(xué)性能與自愈性能之間難以兼顧的問(wèn)題，擴(kuò)大了WPU的應(yīng)用領(lǐng)域。該工作以“Self-Healing and Antistatic Waterborne Polyurethane Hybrid Coating Resulting from Hard but Reversible Zr-O-Si Networks”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上（Chemical Engineering Journal 2024, 487, 150538）。文章第一作者是河北工業(yè)大學(xué)博士生韓凱，通訊作者為潘明旺教授和潘志成副教授。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委基金項(xiàng)目（52273007, 51973050）和河北省自然科學(xué)基金委基金項(xiàng)目（B2022202062）的資助。
圖1 （a）A-ZrO2、（b）WPUGx、（c）WPUGx/A-ZrO2和（d）WPUGx/A-ZrO2復(fù)合涂層的制備過(guò)程
該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于自修復(fù)水性涂層的制備及其性能研究的最新進(jìn)展之一。聚合物的水性化往往造成涂層的耐水性降低、易發(fā)生閃銹、自修復(fù)功能與力學(xué)性能難以兼顧等問(wèn)題，極大地限制了其實(shí)際應(yīng)用。為此，團(tuán)隊(duì)針對(duì)水性涂層目前存在的問(wèn)題，研發(fā)了一系列多功能自愈合水性涂層，并系統(tǒng)研究了聚合物分子結(jié)構(gòu)與涂層性能之間關(guān)系。在過(guò)去的兩年中，團(tuán)隊(duì)基于分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備了一系列自修復(fù)水性涂層，提出了基于有機(jī)/無(wú)機(jī)齊聚物（或共聚物）穩(wěn)定劑制備水性氟碳復(fù)合涂層的新策略（Appl. Surf. Sci. 2022, 602, 154334；Prog. Org. Coat. 2023, 184, 107853），還利用配位化學(xué)解決了水性涂層體系的閃銹難題（Chem. Eng. J. 2023, 468, 143573），同時(shí)系統(tǒng)地探索了不同的聚氨酯鏈結(jié)構(gòu)對(duì)其涂層力學(xué)性能和自修復(fù)性能的影響關(guān)系（Polymer 2022, 264, 124778，ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 19414-19426）。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150538
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