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东南大学张友法团队在超疏水涂层领域取得系列进展
发布:Iron_MAN10   时间:2020/5/15 17:48:08   阅读:198 
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超疏水涂层在航空航天、制冷、石油化工、建筑以及节能环保等领域有重要且广泛的应用前景,但在磨损、刮擦等机械外力作用下涂层易破坏,且难修复。提升超疏水涂层耐磨性已是材料科学等领域国际前沿研究课题之一。为此,东南大学材料学院张友法团队在耐磨超疏水材料设计、调控制备、界面特性以及相关机理研究等方面做了大量工作,并取得了系列研究成果,近期已在Advanced Materials Interfaces、Langmuir、Soft Matter、Chemical Engineering Journal等期刊上发表多篇论文。

1、底漆-面漆复合法制备多功能超疏水涂层

通过FEVE树脂中-NH-R基团和聚氨酯PU中-NCO基团的键合,以及硅微粉掺杂增强,构建了强度高、韧性好、与基体结合牢的复合树脂底漆,显著提升了超疏水纳米颗粒涂层的热、化学和机械稳定性,可用于空气滤芯防污染、长效抗结冰和循环油水分离等多种场合。测试表明,过滤-清洁循环5次后,有涂层的材料增重仍低于5%,而未处理的表面已超过20%;500g负重100圈磨耗仪循环后,其冰层剪切力仍低于100kPa;55次油水分离循环后,其分离效率仍高于97.5%。该论文在线发表于Wiley旗下著名表界面领域杂志Advanced Materials Interfaces上,并当选当期封面论文(Adv. Mater. Interfaces, 2020, 20200013),博士生肖振和朱海燕为论文共同第一作者。
 

图1底面复合法制备耐磨超疏水涂层期刊封面,a-b磨轮磨损、冻融循环时润湿性和c-d冰粘附强度变化

论文链接:https://doi.org/10.1002/admi.202000013

2、底面合一法制备减摩耐磨超疏水涂层

研究者通过将底漆面漆混合,采用一步喷涂法制备的具有超强耐磨性的超疏水涂层。研究发现,硫化物自身的疏水性,对涂层粗糙度的提升以及摩擦系数的降低,是该涂层的主要协同增强机理(图2)。该论文在线发表于ACS旗下老牌经典杂志Langmuir上,并当选当期补充封面论文(Langmuir 2019, 35, 6650−6656)。
 

图2底面合一法制备减摩耐磨超疏水涂层期刊封面,a-b磨轮磨损前后4:1比例涂层形貌变化,c涂层表层粗糙度及磨损前后对比

论文链接:https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.9b00690

3、静电喷粉法制备耐磨超疏水涂层

随后,将有机粉末颗粒和氟化SiO2纳米颗粒混合,通过静电喷粉法制备了一种粉末超疏水涂层;结果表明,氟化颗粒一方面使涂层加热固化时因粘度增大难以流平而形成微纳复合结构,另一方面会在涂层表层富集增加超疏水性,从而增加涂层的稳定性。该研究工作受到了Soft Matter杂志主编的邀稿,并当选当期封底论文(Soft Matter 2019, 15, 7374-7380)。
 

图3静电喷粉法制备底面合一高强超双疏涂层期刊封面,a-b苛刻外力和常规外力作用时涂层稳定机制及其c-d超疏水性变化

论文链接:https://doi.org/10.1039/C9SM01278H

4、浸泡法制备可修复耐磨超疏水涂层

研究者采用树脂与改性纳米粒子混合后,在其半固化过程中,用树脂材料的稀释剂浸泡,将被包裹的纳米粒子裸露出来,从而获取超疏水性。在摩擦过程中,一旦疏水性失效,即可用稀释剂再次浸泡,从而重新获取这种超疏水性,这种可修复的涂层适用于各种材料基底,应用范围广泛。该项研究发表在了著名化工杂志Chemical Engineering Journal上(Chem. Eng. J. 2019, 369, 1–7)。
 

图4溶剂浸泡微结构自修复超疏水涂层示意图,b砂纸摩擦时润湿性,c摩擦损伤后循环自修复性,d磨损前、e磨损后和f自修复后表面形貌SEM图片

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.03.021

以上系列研究工作获得了国家自然科学基金委(51671055, 51676033)和国家重点研发计划(2016YFC0700304)资助。


来源:高分子科学前沿
 
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