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新疆大学《CEJ》:构建具有可控润湿性和拒热水性的超润湿表面!

 材料科学网 2022-06-26 发表于江西

编辑推荐:本文构建一种具有微-纳尺寸的双相全聚合物颗粒(MNDPs)的制备方法,无需进一步进行表面和修饰,可直接作为超湿材料制备的涂层材料,同时通过改变其吸附的氟化单体的类型可以实现所制备湿润性能的可控,对超湿材料的研究具有重要意义。

微观粗糙结构和表面能化学组成时超湿材料的两个核心构造要素,具有分级粗糙结构的颗粒可用来形成超湿颗粒涂层。另一方面,在颗粒表面引入功能性材料主要依靠改性进行,所用的表面能剂价格昂贵,操作步骤复杂,同时缺乏结构稳定性。

中空聚合物微球由封闭腔和多孔壳体构成,以其作为微容器,根据相似互混理论,并可将油性高分子反应物填充到密闭腔,获得不同种类的可聚合微区,只有用恒定的热量共聚物可以从形成的微区内部挤压出来,在壳体表面形成不同的纳米级的二级突出结构,这些不同的MNDPs无需进行进一步的改性和外部修饰,具备一定超湿材料的特性。

近日,新疆大学陈诚课题组以亲水性中空的聚(苯乙烯-二乙烯基苯)[P(S-DVB)]微球作为聚合物微容器,在腔体内注入氟化单体和引发剂等形成聚合物的微反应单元,成功制备出具有微纳尺寸的双相全聚合物颗粒(MNDPs),并通过改变其吸附的氟化单体类型实现所制备涂层织物的可调节润湿性能。相关论文以题为“Micro-Nano Dual-Scale All-Polymer particles for construction of superwetting surface with controllable wettability and Hot-Water-Repellency发表在Chemical Engineering Journal

在本研究中,作者通过在室温搅拌条件下,将由单体、交联单体、氟化单体和引发剂组成的反应油相吸附到空心聚合物微球的空腔中,得到载反应物颗粒;在加热的作用下,内反应物聚合使其芯腔和壳孔过剩,从而产生大量纳米级共聚物表面突起;最终,得到微-纳米双尺度全聚合物颗粒(MNDPs),其物理化学性质可以通过改变吸附的氟化单体类型来控制。

鉴于不同温度的水滴对MNDPs基抗湿表面的特殊润湿性能,采用含短氟烷基链MNDPs涂层制备了具有防污自洁性能的超疏水织物。此外,近球形有机氟MNDPs可用于构建拒热织物,防止高温液滴的渗透或扩散行封装。

1. aMNDP和超疏水表面的制备途径,(b)亲水性MNDPs和亲水表面的制备途径。

2.a MNDPs的形成过程,(bSiO2@PS-DVB)微球的透射电镜图,(c)空心PS-DVB)微球,(d)负载粒子和(eMNDP,(fMNDPSEM

3.a)不同MNDPsFTIR光谱,(b)含氟MNDPsC-F键的峰面积比,(c)不同MNDPsEDS数据

4.a-e MNDPs的扫描电镜和透射电镜图(fXRD光谱和(g)不同MNDPs的结晶度,(h)形态控制MNDP的机制。

5. 中空PS-DVB)微球和不同MNDP 形成的表面的润湿

6. 基于 PS-DVB@PS-DVB-HFBMA MNDP 的织物涂层的抗润湿状态

7. PS-DVB@PS-DVB-HFBMA MNDP 涂层植物的微观形貌以及抗润湿性能

总的来说,本工作制备的MNDPs可用于构造润湿性控制的超润湿表面,根据物理化学的不同特点调整层次结构形态和表面能组成,研究了这些MNDPs的性能,并对其在超级疏水和拒热织物上的各种应用进行了研究。另外,热拒水剂的特殊润湿机理揭示了可控颗粒基非改性结构的科学价值和应用前景超湿材料以及它的多功能应用。(文:crazy材料)

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