透明光學材料因其高透光性和耐久性在家居、醫療設備、農業能源等領域得到廣泛應用。然而,當材料表面的溫度低于或等于水滴的露點時,水滴會附著在固體表面上,形成離散的液滴層,從而產生霧化現象。這會導致材料表面透明度下降,甚至完全喪失,給人們的生活帶來諸多不便,并可能增加事故風險,如阻礙駕駛員的視線,降低光合作用效率以及影響醫療設備的性能。
人們已經研究了多種防霧方法,其中在基材表面涂覆涂層是一種最有效和最方便的方法之一,通過調節基材與水滴之間的潤濕性來起作用。防霧涂層主要分為疏水涂層和親水涂層兩大類。疏水涂層能夠使水滴滾落,從而最大限度地減少霧氣的形成。然而,疏水涂層在低濕度環境下會失效,造成防霧延遲,從而限制了其實際應用。
親水性防霧涂層能夠使水滴在涂層表面快速擴散,形成均勻的水合層,而不會改變入射可見光的方向。然而,由于親水性涂層固有的水溶性,當多余的水分子積聚并形成皺紋時,涂層與基材之間的粘附強度會降低,大大降低了涂層的耐久性。因此,提高親水性涂層與基材之間的粘附強度是一項具有挑戰性的工作。
近年來,含有兒茶酚基團的物質因其對不同基材表面的出色粘附性而受到了廣泛關注。在眾多類似兒茶酚類物質中,多巴胺及其衍生物因其更易于功能化而脫穎而出。盡管聚二甲基硅氧烷粘附性通常較差,但多巴胺的沉積卻顯著提高了木質素-聚二甲基硅氧烷涂層對鋼材表面的粘附性。然而,多巴胺容易氧化,這給進一步應用帶來了很大困難。
近期,東華大學何春菊團隊成功制備了一種具有優異粘附強度、耐磨性和持久性的防霧涂層。
首先保護多巴胺中的兒茶酚基團,然后將多巴胺丙烯酰胺與2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酸丁酯進行共聚,制得親水性涂層。 與傳統的防霧涂層相比,該涂層不僅透明度高、防霧性能持久,還表現出優異的界面粘附強度和耐磨性。強界面粘附和親/疏水結構的結合是這種方法的關鍵,避免了在典型霧化條件下界面失效和膨脹引起的皺紋。由于兒茶酚基團使涂層與基材極好的粘附性,因此其粘附強度高于大多數商用膠水和高性能聚合物粘合劑。因此,本研究為具有強附著力防霧涂層的設計、制造和實際應用提供了一條有前景的途徑,在醫療,食品工業,運輸等領域具有廣闊的應用潛力。
合成路線 多巴胺甲基丙烯酰胺合成路線。
制備工藝 (a)聚(AMPS co-BA-co-DMA)涂層玻璃的制備工藝;(b)聚(AMPS-co-BA-co-DMA)涂層玻璃中聚合物與水相互作用示意圖。。
數據來源與出處 相關研究成果以“Dopamine based effective anti-fogging coating with enhanced adhesion and durability”為標題發表在《Progress in Organic Coatings》上。
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