一、参赛作品概述
展品名称:硅烷诱导制备的水性超双疏涂层
材料类别:复合材料
创作者名称:刘平
所属学校:东南大学
参赛论文:Silane-triggered fabrication of stable waterborne superamphiphobic coatings
二、展品简介
1、展品简介/创新点: 用纳米颗粒和氟碳表面活性剂快速制备了水性涂料;涂层表面经硅烷诱导后,可以从超亲水/超疏油快速智能切换变成稳定超双疏;并提出了一种新的氟表面活性剂分子的触发器机制来解释这一变化;超双疏涂层在磨损损伤下具有良好的稳定性;
2、性质:涂层完全水性的,且整个制备时间小于2小时,100度一下就能完成,不需要高温固化。达到超疏油效果。
3、展品应用领域:可大规模制备并应用于各种基材表面的防水防污,以及多孔材料等异形材料的超双疏改性。
4、展品参数:
中文名
硅烷诱导制备的水性超双疏涂层
英文名
Silane-triggered fabrication of stable waterborne superamphiphobic coating
简称
水性超双疏涂层
颜色
乳白色半透明涂料
固含
2~3 wt.%
涂料主要成分
90wt.%水、2~3 wt.%无机颗粒、6wt.%有效成分
使用温度
150度以下
使用步骤
1、涂覆涂料到基材上。2、诱导剂诱导,80度左右固化15min
涂料涂覆方式
基材表面处理,喷涂或浸涂
诱导剂使用方式
喷涂/CVD
三、科研笔记
东南大学在纯水性超双疏涂层方面取得进展
近日,东南大学材料学院基于水性氟碳表面活性剂,以硅烷作为诱导剂和稳定剂,制备出纯水性超双疏涂层。
超双疏表面在防污、防腐、防结冰等领域有着广泛的应用前景,水性超双疏涂料的开发则具有重要的环境和经济意义。传统方法制备超双疏涂层时,均要使用价格昂贵的长链或笼式含氟有机物,不但制备工艺要求高,且存在一定的环境危害。减少甚至不用长链氟硅烷,缩短制备时间,常温固化以及对水性超双疏涂层的大规模应用具有重要意义。
本课题组以纳米颗粒和短链水性氟碳表活为原料,简单涂敷成膜后再在硅烷气氛中以80℃加热15分钟,即可使涂层从原来的超亲水超疏油性转变成超双疏性。该方法工艺简单、耗时短,且纯水性,有利于规模化批量制备。
图1 涂层润湿性由超亲水/超疏油向超双疏性转变机理示意图
该涂层稳定的超双疏性甚至可以通过仅有一个甲基的硅烷诱导获得。实验证明,硅烷在纳米颗粒上的化学键合不仅触发了氟碳基团向外翻转,而且可以防止其向内翻转,从而赋予涂层稳定的超双疏性。
图2 氟碳表活改性剂基团翻转验证
图3 硅烷沉积固定氟碳表活疏油基团的红外光谱和XPS谱图验证
本文第一作者是博士生刘平,通讯作者是张友法和余新泉。
本论文工作受国家自然基金项目(项目号51671055, 51676033)和国家重点研发项目(2016YFC0700304)的资金支持。
参考文献:
Silane-triggered fabrication of stable waterborne superamphiphobic coatings. Chemical Engineering Journal. DOI: doi.org/10.1016/j.cej.2020.127153
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