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可拉伸-超耐用超疏水材料用于高效油水分離

來源: X-MOL 2017-08-09 11:17:13

基于仿生原理制備超疏水材料，在油水分離、防污涂層、防腐涂層、藥物傳輸、蛋白結(jié)晶、防冰等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在過去的幾十年里，諸多“自上而下（top-down）”和“自下而上（bottom-up）”的微納形貌構(gòu)筑技術(shù)結(jié)合低表面能材料被用于超疏材料表面的制備。但是，上述方法制備超疏材料表面不僅步驟繁瑣，而且存在著不耐形變的致命缺陷。可拉伸超疏水材料在柔性電子、微流體、氣體傳感、功能織物等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用需求。

雖然目前科學(xué)家們借助3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、高級(jí)褶皺結(jié)構(gòu)、聚合物水凝膠等途徑能實(shí)現(xiàn)可拉伸超疏水材料的制備，但是其可逆形變過程中往往會(huì)導(dǎo)致其超疏性能產(chǎn)生較大的衰減。近日，印度理工學(xué)院的Uttam Manna和Adil Majeed Rather以支化聚醚酰亞胺（BPEI）和雙季戊四醇五丙烯酸酯（5Acl）為原料，基于氨基和丙烯酸酯基的1,4共軛加成反應(yīng)在聚氨酯（PU）纖維表面構(gòu)筑疏水性微納結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步借助疏水性長(zhǎng)鏈?zhǔn)送榘沸揎棧瑯?gòu)筑了具有優(yōu)異可逆拉伸性能和穩(wěn)定性的超疏水表面。

研究團(tuán)隊(duì)通過BPEI和5Acl在PU表面的活性反應(yīng)結(jié)合十八烷胺的后修飾，構(gòu)筑了具有微突結(jié)構(gòu)的超疏水材料。該材料表面在空氣和油相中都展現(xiàn)出優(yōu)異的超疏水特性，接觸角、接觸角滯后分別為157°、4°和161°、3°。

涂層修飾后的PU展現(xiàn)出優(yōu)異的空氣和油下超疏水特性。

該方法制備的超疏水材料具有優(yōu)異的高形變-性能穩(wěn)定性。高達(dá)1000余次的可逆高拉伸形變測(cè)試中，在150%拉伸形變率下，材料的疏水性能基本上沒有變化；在200%形變率測(cè)試下，由于材料微觀形貌的變化其接觸角滯后略有上升。同時(shí)，該超疏水材料能夠有效的承受折疊、彎曲、扭曲等形變測(cè)試，具有優(yōu)異的使用性能穩(wěn)定性。在多次可逆形變測(cè)試后，該材料在海水、淡水、酸堿等溶液的超疏性能維持不變，具有較廣的應(yīng)用范圍。

材料具出優(yōu)異耐拉伸、耐摩擦、耐化學(xué)腐蝕特性。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將該超疏水材料用于油水分離，測(cè)試表明僅在重力作用下其重油/水、輕油/水以及油水乳液混合的分離速率高達(dá)~115 mL/min，分離效率為99%。而且，該超疏水膜材料的最大抗水浸潤(rùn)壓力達(dá)到4.89 kPa。

PU基超疏水材料可用于高效油水分離。

——總結(jié)——

印度科學(xué)家以PU為柔性基材，表面通過氨基和雙鍵的1,4共軛加成活化反應(yīng)在PU表面生成微納形貌，結(jié)合長(zhǎng)鏈烷烴修飾構(gòu)筑超疏水結(jié)構(gòu)。該策略有效的解決了傳統(tǒng)超疏水材料的形變-性能衰減問題，擴(kuò)大了其潛在應(yīng)用范圍。同時(shí)，該策略還可以進(jìn)一步拓展到其他基材體系和反應(yīng)體系。

材料學(xué)

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