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兰州大学门学虎团队和伦敦玛丽女王大学陆遥团队合作 ACS AMI:一种具有高透明度、高硬度和高柔韧性的固态超滑防污涂层
2022-07-04  来源:高分子科技

  固态超滑表面具有和超疏水表面同样的自清洁及防污性能。相较于粗糙的超疏水表面,固态超滑表面具有极低的粗糙度,并可实现较高的机械强度及高透明度,在光伏玻璃涂层、高层玻璃建筑等表面抗污具有极其重要的应用价值。固态超滑表面的硬度、柔韧度和透明度则分别决定了其在不同领域的适用程度,如何同时实现固态超滑表面的高硬度、柔韧性和高透明度目前仍是一个具有挑战性的问题。


  此前,兰州大学门学虎团队伦敦玛丽女王大学陆遥团队合作,已设计了一种高透明度柔性超滑防污涂层(Progress in Organic Coatings, 2021, 161(15):106476),该涂层具有出色的防污能力和高透明度,但不具备高硬度和韧性,导致其适用范围较窄。近日,该团队设计了一种全新的固态超滑TAHF涂层,该涂层不仅具有高透明度和优良防污性能,还具有低成本、高硬度及高柔韧性,相关成果发表于ACS Applied Materials & Interfaces期刊。

 

图 1  TAHF涂层的设计策略及制备流程图


  能够同时实现硬度、柔韧性、透明度和防污性,得益于严格的设计方法。高度甲醚化三聚氰胺甲醛树脂(HMMM)的自交联为涂层提供了三维空间上高度交联的片段,使得涂层具有足够高的硬度;六亚甲基二异氰酸酯三聚体(HDIT)上的六亚甲基长链连接了高交联密度的HMMM片段,在高度自交联的HMMM片段之间构建了一座柔性桥梁,使其脆性降低,具有一定的柔性;同时,HDIT的引入为整个体系增加了大量的氢键位点,使涂层具有很强的附着力;而通过HDIT上的-NCO-NH2反应,也成功地将单氨基封端聚二甲基硅氧烷(NH2-PDMS连接到了树脂基体上。在涂层固化时,表面含有的PDMS长链会自发向涂层与空气界面伸展,形成“分子刷”,为涂层带来防污性能。 


 2 a-d)有无涂层玻璃表面涂鸦、擦拭效果对比。(e-h)有无涂层玻璃表面人工指纹液测试。(i-l)有无涂层玻璃表面人工鸟粪在的清洁过程比较


  所制备的涂层对具有不同表面张力系数的各种液体,如正癸烷、正十二烷、十六烷、乙醇、DMF和水均表现出显著的斥液性能。此外,涂层表面的涂鸦、和人工鸟粪等可以较轻松地被清除,人工指纹液、泥水也可以很容易地滑落而不留下任何痕迹。这项涂层在各种基材上表现出优异的附着力,比商业购买的高性能防腐涂料表现出更卓越的化学屏蔽性能,还具有抗磨损和抗弯折能力。出色的综合性能和简易的制备工艺可使此涂层材料适用于不同工况需求。 


a)不同测试液体在涂层上的滑动角,其中水的体积为20.0 μL,其他液滴的体积为10.0 μL。(b)有无涂层玻璃的紫外可见吸收光谱


  尤其是该涂层还具有高透明度,其在可见光范围内的透光率与玻璃相当,结合其高硬度、柔韧性和化学稳定性,使得该涂层在光学器件、光伏玻璃表面及建筑玻璃表面的防污、防沙尘、自清洁方面有巨大的应用前景。


  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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(责任编辑:xu)
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