可拉伸-超耐用超疏水材料

2017-08-09 09:22:02 防雾剂,织物疏水疏油整理剂 阅读

基于仿生原理制备超疏水材料,在油水分离、防污涂层、防腐涂层、药物传输、蛋白结晶、防冰等诸多领域有着广泛的应用。在过去的几十年里,诸多“自上而下(top-down)”和“自下而上(bottom-up)”的微纳形貌构筑技术结合低表面能材料被用于超疏材料表面的制备。但是,上述方法制备超疏材料表面不仅步骤繁琐,而且存在着不耐形变的致命缺陷。可拉伸超疏水材料在柔性电子、微流体、气体传感、功能织物等领域有着巨大的应用需求。

 虽然目前科学家们借助3D网络结构、高级褶皱结构、聚合物水凝胶等途径能实现可拉伸超疏水材料的制备,但是其可逆形变过程中往往会导致其超疏性能产生较大的衰减。近日,印度理工学院的Uttam MannaAdil Majeed Rather以支化聚醚酰亚胺(BPEI)和双季戊四醇五丙烯酸酯(5Acl)为原料,基于氨基和丙烯酸酯基的1,4共轭加成反应在聚氨酯(PU)纤维表面构筑疏水性微纳结构,进一步借助疏水性长链十八烷胺修饰,构筑了具有优异可逆拉伸性能和稳定性的超疏水表面。

可拉伸-超耐用超疏水材料

BPEI、5Acl分子结构及其反应示意图。

研究团队通过BPEI5AclPU表面的活性反应结合十八烷胺的后修饰,构筑了具有微突结构的超疏水材料。该材料表面在空气和油相中都展现出优异的超疏水特性,接触角、接触角滞后分别为157°、4°和161°、3°。

涂层修饰后的PU展现出优异的空气和油下超疏水特性

涂层修饰后的PU展现出优异的空气和油下超疏水特性


该方法制备的超疏水材料具有优异的高形变-性能稳定性。高达1000余次的可逆高拉伸形变测试中,在150%拉伸形变率下,材料的疏水性能基本上没有变化;在200%形变率测试下,由于材料微观形貌的变化其接触角滞后略有上升。同时,该超疏水材料能够有效的承受折叠、弯曲、扭曲等形变测试,具有优异的使用性能稳定性。在多次可逆形变测试后,该材料在海水、淡水、酸碱等溶液的超疏性能维持不变,具有较广的应用范围。

材料具出优异耐拉伸、耐摩擦、耐化学腐蚀特性

材料具出优异耐拉伸、耐摩擦、耐化学腐蚀特性

研究团队进一步将该超疏水材料用于油水分离,测试表明仅在重力作用下其重油/水、轻油/水以及油水乳液混合的分离速率高达~115 mL/min,分离效率为99%。而且,该超疏水膜材料的最大抗水浸润压力达到4.89 kPa。

PU基超疏水材料可用于高效油水分离

PU基超疏水材料可用于高效油水分离

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