高透明度、可修复的多孔超疏水涂层

2017-12-21 11:00:08 防雾剂,织物疏水疏油整理剂 阅读

近年来,超疏水的自清洁防污涂层在学术界和工业领域都受到了广泛关注。然而,许多超疏水涂层都存在着透明度低、耐久性差以及制备流程复杂等缺点,极大限制了它们在实际中的应用。近日,中国科技大学兰州化学物理研究所的研究人员简单的溶胶凝胶法和室温喷涂工艺,制备了一种高透明度的超疏水涂层。这种涂层是用多孔的链状二氧化硅纳米粒子的自组装来制备的,具有不规则的多孔结构,这种多孔的结构有利于减少光线在涂层表面的散射,进而提高透明度,因此将涂层涂覆在玻璃片上时,对可见光的透光率可达84.6%。这种涂层还具有良好的热稳定性和防潮性能,在被破坏后还能够多次迅速修复自身的超疏水性能。这种方法条件温和、操作简便、安全环保,且制备的涂层综合性能优异,在实际应用中表现出广阔的前景,也为解决超疏水涂层不耐久的问题提供了一个新方法。该成果发表在近期《Journal of Materials Chemistry A》上。

1.制备流程

图1 涂层的制备流程示意图

1 涂层的制备流程示意图

以二甲基二乙氧基硅烷为改性剂,通过纳米二氧化硅粒子的自组装在各种基材表面构造环保的透明超疏水涂层。

2.涂层表面形貌与浸润性

图2 以玻璃片为基材

2 以玻璃片为基材

(a) 所制得的涂层的3D-AFM照片.

(b) 透明超疏水涂层在玻璃片表面的SEM及   其(c)3D-AFM照片.

(d) 在透明超疏水涂层与水之间能看到气泡形成的光亮界面.

(e) 透明超疏水涂层对污水、咖啡及橙汁都表现出优异的防污能力.

(f) 涂覆了这种透明超疏水涂层后,玻璃片的浮力明显提高.

图3 以打印纸为基材

3 以打印纸为基材

(a,b)未处理打印纸及(c,d)超疏水打印纸的SEM照片.

(e) 超疏水打印纸对水的低粘附力测试过程.

(f) 喷涂了透明超疏水涂层后,纸上的文字清晰可见,且水珠呈球形.

3.透光度及防污性能

图4 (a) 玻璃片在涂覆前后的透光率变化.

(a) 玻璃片在涂覆前后的透光率变化.

(b) 玻璃片在涂覆前后的反射光谱.

(c–e)涂覆后的玻璃片的自清洁测试过程.

(f) 涂覆后的玻璃片对污水冲击的耐污测试.

图5 三种常见的液体污染物

三种常见的液体污染物(泥水、咖啡及橙汁)倾倒在涂覆后的(a-c)纸张、(d-f)织物及(g-i)鞋子表面时,该涂层的防污能力测试过程.

f) 喷涂了透明超疏水涂层后,纸上的文字清晰可见,且水珠呈球形.

4.耐久性与修复能力

耐久性与修复能力

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(a) 在不同温度下处理2 h 后,涂覆后的玻璃片表面的水接触角变化 (插图中是400℃中处理后的SEM照片).

(b) 在65℃、80%相对湿度的环境中0-80h过程中,涂覆后玻璃片表面的谁接触角的变化(插图是处理80h后的SEM照片).

(c)涂层的疏水性被破坏后,能够快速恢复到超疏水状态,并且外观无明显变化.

参考文献:Environmentally safe, substrate-independent and repairable nanoporous coatings: large-scale preparation, high transparency and antifouling properties

J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 20277–20288

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