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浙江理工大学钟齐团队《ACS AMI》:超纤合成革表面构筑含g-C3N4的复合温敏水凝胶涂层实现水性/油性污渍的全效去除
2022-07-18  来源:高分子科技

  超纤合成革是将超细纤维和聚氨酯涂层复合的新型材料,不仅可以替代真皮,更具有结构和功能的设计性,可广泛应用于体育运动、时尚潮流、家具装饰、电子包装、汽车内饰等领域。例如国内热门的新势力车企:小鹏和蔚来汽车,均将超纤合成革应用于汽车内饰。然而,日常生活中的各类污渍,如食物和饮料,甚至牛仔裤的染料,均会对超纤合成革,尤其是浅色系的,产生严重沾污,进而影响美观和使用。因此,如何简单高效地去除污渍成为超纤合成革产业进一步扩大应用所要面对的问题。


  在前期研究中,钟齐副教授团队通过在超纤合成革表面交联温敏水凝胶涂层,借助温敏聚合物在温度变化下的亲/疏水转变特性,显著降低了污渍和涂层间的附着力,仅需使用去离子水冲洗3s,无需使用任何清洁剂,油性污渍去除率可达91%,实现了超纤合成革的易清洁效果,相关研究成果已发表于ACS Applied Materials & Interfaces (2021, 13, 45995-46002)


  在上述研究成果的基础上,针对单纯温敏水凝胶涂层仅能高效去除油性污渍的缺陷,钟齐副教授提出将光催化剂g-C3N4引入温敏水凝胶涂层,并交联固着于超纤合成革表面,借助g-C3N4在光照条件下可产生自由基分解有机物的特性,同步实现对水性污渍的有效去除(图1)。 


1超纤合成革表面构筑含g-C3N4的复合温敏水凝胶涂层,以实现水性/油性污渍全效去除的示意图。


  为了验证含g-C3N4复合温敏水凝胶涂层的超纤合成革对水性污渍的去除效果,项目团队利用火龙果汁和红酒模拟了日常生活中常见的水性污渍。如图2左列所示,被火龙果汁沾污后的含g-C3N4复合温敏水凝胶涂层的超纤合成革具有红色外观,通过测色仪测色可知,其K/S值为2.89LED灯带照射30分钟后,其表面的红色显著褪去,K/S值降低至0.4。当照射时间延长至60分钟,红色全部褪去,K/S值仅余0.24。通过颜色的变化可知,仅需1小时几乎所有的火龙果汁即可降解去除。在同样的时间内,红酒渍不仅颜色明显褪去(图2右列),其K/S值亦从0.87降低至0.57,表明36%的红酒被光降解。由于测试时长仅60分钟,通过延长光照时间,红酒渍亦可高效清除。 


2g-C3N4复合温敏水凝胶涂层的超纤合成革在可见光下照射不同时长(03060分钟)后对不同水性污渍:火龙果汁(左)和红酒(右)的降解效果照片。


  为了验证含g-C3N4复合温敏水凝胶涂层的超纤合成革在对水性污渍的去除效果提升的同时,仍然具有良好的油性污渍,项目团队采用含尼罗红的植物油模拟日常生活中常见的油性污渍。如图3所示,初始态超纤合成革表面被含尼罗红的植物油沾污前后的K/S值变化量为0.89,而对于含复合温敏水凝胶涂层的超纤合成革而言,沾污前后的K/S值变化仅为0.67,降低了25%,说明涂敷复合水凝胶后的超纤合成革由于具有良好的亲水性,更不易被沾污。而当用25 (低于TT)去离子水冲洗30秒后,初始态超纤合成革的K/S值变化量为0.32,说明与初始的超纤合成革相比,仍有大量的含尼罗红的油污存在于表面。而含复合水凝胶的超纤合成革的K/S值变化量仅为0.04,超过94%的含尼罗红的油污被清除。由此可以印证,项目团队制备获得的含g-C3N4复合温敏水凝胶涂层的超纤合成革同时对水性和油性污渍均具有良好的去除效果。 


3初始态(左)和交联含g-C3N4复合温敏水凝胶涂层(右)的超纤合成革,在被含尼罗红的油污沾污后(橙色)和用2去离子水冲洗30秒后(青色)的K/S值相对于初始态的超纤合成革的K/S值的变化量。


  相关研究成果以“Simultaneous and Efficient Removal of Oleophilic and Hydrophilic Stains from Polyurethane by the Combination of Easy-Cleaning and Self-Cleaning”为题,发表于ACS Applied Materials & Interfaces (2022, 14, 16641-16648)


  论文的第一作者为浙江理工大学研究生方政,通讯作者为钟齐副教授,共同通讯作者为西北工业大学王维佳副教授。该课题研究获得了国家自然科学基金(批准号:5217308751403186 和 51611130312)的支持。


  原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c01042

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(责任编辑:xu)
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