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光固化抗污涂料：五分鐘速成自清潔膜

2017-07-28 09:54:04 作者：本網發布來源：網絡分享至：

一句“出淤泥而不染”反映出前人對材料表面抗污性質的樸素認識與追求，然而從認識自然到材料設計的實現卻經歷了漫長的歲月。為了實現優異的抗污性質，即水與油都能在表面輕易滑動而不留下痕跡，早期的研究常常以犧牲材料表面其他性能如機械性能以及透光性為前提，極大地限制了抗污表面的實際應用。基于對低表面能聚合物所形成的聚合物刷具有抗污性質這一基本認識，劉國軍教授課題組提出通過接枝液體聚合物使其形成納米尺度補給池來持續賦予涂層抗污能力（nano-pools of a grafted liquid ingredient for dewetting enablement：NP-GLIDE）的設計思想（圖一）。

▲ 圖一：NP-GLIDE涂料設計思想

該設計主要包含以下三個方面的特點：首先低表面能的聚合物在表面形成的聚合物刷賦予了材料表面的抗污性質；其次低表面能聚合物通過微相分離所形成的納米微區在表面聚合物受外力磨損的情況下可以形成新的聚合物刷，實現自補給功能，從而克服傳統制備方法中由于表面力學性能差而導致抗污性質持久性不好的問題；另外通過接枝聚合物的策略保證低表面能液體不會發生宏觀相分離，其相區尺寸在納米級別保證涂層的透光性。通過將這樣的設計思想引入到傳統涂料中即可實現對抗污性質、耐擦拭性以及透光性的綜合尋優，同時利用涂料的經濟性與廣泛的適用性從而在不同的場合相對便宜地制備抗污表面。NP-GLIDE涂料的設計思想目前已經成功用于開發聚氨酯抗污涂料（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 12722 –12727， Angew.Chem. Int. Ed. 2015, 54, 6516 –6520）和環氧樹脂抗污涂料（Adv.Mater. Interfaces 2016, 1600001）體系。

然而考慮到一些基材對高溫敏感而且有快速固化的應用需求，在近期的研究中我們進一步將NP-GLIDE涂料的設計思想拓展到了光固化涂料體系。通過在商業化涂料組分多元醇聚合物中接枝上低表面能聚合物PDMS和雙鍵官能團，我們實現了NP-GLIDE涂料的結構設計。在進一步研究中我們發現光固化涂料配方中雙鍵密度以及光固化時間對涂層表面抗污性能具有顯著影響，相關研究強調了固化程度即交聯度在NP-GLIDE涂料實現抗污功能中的重要性。基于以上研究認識，在優化體系配方和工藝參數后，我們成功制備了透光率高（30 ?m厚度 T > 95%），耐擦拭（記號筆反復涂寫與擦拭30次以上）且抗污性能優異的光固化涂料。如圖二所示當對玻璃板進行涂覆后，只需UV輻照5分鐘，不僅水以及十六烷可輕易在表面劃過不留下任何痕跡，包括油性記號筆的筆跡以及噴涂的油漆都能在該涂層表面收縮且可輕易擦拭掉，體現出了優異的抗污性能。