透明、耐磨、超疏液还有柔性,这个涂层不简单

2019-09-17 07:25:50 changyuan 39
透明、耐磨、超疏液还有柔性,这个涂层不简单
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对于传统的单一无机或有机聚合物材料而言,卓越的柔性和超高硬度往往“鱼与熊掌不可兼得”。无机材料多呈现硬而脆的特性,而聚合物材料则柔韧有余、硬度及耐磨性存在较大短板。同样在涂层领域,虽然目前超疏涂层、防冰涂层、自愈合涂层、可拉伸柔性涂层等各种功能涂层的制备方面取得了系列显着成果。但是,开发具有高透明、超疏液、高耐磨及兼具足够柔性的多功能涂层还具有相当的难度。


近日,加拿大女王大学刘国军(Guojun Liu)教授研究团队基于八(3-缩水甘油醚基丙基)笼型倍半硅氧烷(GPOSS)光引发开环聚合简便制备了兼具优异柔性和耐磨性的多功能透明超疏液涂层。聚合物体系中SiOx无机组分赋予涂层优异的耐磨性和硬度(硬度>9H),聚合物链交联网络则赋予涂层优异的柔韧性;所制备透明涂层能够可逆反复弯曲500余次且能够耐受钢丝球摩擦。同时,基于体系中引入少量低表面能聚二甲基硅氧烷(PDMS)赋予涂层表面具有疏水、疏油、抗污特性。相关论文发表于Angew. Chem. Int. Ed.上。

 

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GPOSS环氧烷功能基团结构上的醚基和亚甲基结合其本身较小的空间位阻赋予其较强的空间运动能力,使其易于进行简单的高效光催化开环反应构筑完整聚合物交联网络体系,无需苛刻反应条件和繁琐制备过程。对所制备玻璃基底功能涂层硬度测试显示,其硬度超过9 H,而传统的商业化聚氨酯(PU)涂层硬度则低于3 H。同时,GPOSS涂层体系中引入微量抗污剂PDMS,体系硬度、耐磨性并未产生明显变化。

 

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GPOSS涂层制备过程示意图。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.

 

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涂层硬度(耐磨性)测试。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.


该体系中,PDMS通过接枝在GPOSS组分上以有效避免其在复合体系中产生相分离现象。GPOSS-g-PDMS在复合涂层中呈纳米尺度分散,从而保证了涂层的高透光性。相关的GPOSS-g-PDMS制备过程,研究团队基于1H NMR、体积排阻色谱(SEC)及FTIR光谱技术进行了详细表征分析。

 

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GPOSS-g-PDMS制备过程及结构表征。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.


将该新型功能涂层涂覆在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底,该功能涂层展现出卓越的柔韧性,能够可逆弯曲至管状。此外,基于抗污组分PDMS的引入,功能涂层表面展现出优异的疏水/疏油(十六烷、染料、油漆等)的抗污、自清洁特性。

 

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涂层柔性及超疏抗污特性展示。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.


总结

 

该论文通过巧妙地选择设计功能聚合物结构,将传统的有机/无机复合材料制备思路应用于新型功能涂层的开发中。基于新型聚合物体系中倍半硅氧烷无机硬核组分协同柔性环氧树脂交联网络体系,赋予新型功能涂层兼具柔性及耐磨特性。随着柔性智能电子设备领域技术的不断进步及应用的不断推广,该新型透明功能涂层极具市场开发前景。

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