Page 21 - 《精细化工》2020年第12期
P. 21
第 12 期 高 姗,等: 自修复超疏水材料的制备及功能化研究进展 ·2383·
受到一些因素的制约,例如:低熔点物质的使用会 溶液喷涂到基材上,待溶剂挥发后即可得到超疏水
2
导致材料使用性能的稳定性下降、形状记忆聚合物 涂层。该涂层在光照(1000 W/m )下的太阳热转化
的力学强度较低、二硫键的键能相对较弱且其价格 效率达到 82.2%。此外,该涂层表面在受到损伤时,
较高等。因此,要根据具体的工作环境和应用领域 能够通过蜂蜡向损伤处的迁移使其恢复超疏水性和
来选择合适的自修复超疏水材料。 自清洁性。他们设计并制作了基于该涂层的便携式
太阳能淡水装置,经过 3 h 的太阳光照射可收集到
3 功能化自修复超疏水材料 32.4 g 淡水。ZHANG 等 [60] 将光热材料聚吡咯(PPy)
沉积在不锈钢(SS)筛网上,然后采用氟硅烷对 PPy
为进一步拓宽自修复超疏水材料的应用领域,
涂层进行疏水改性,得到可光热转化的自修复疏水
研究者们通过结构设计或引入特殊物质,赋予自修
不锈钢筛网。经 O 2 等离子体处理后,筛网变为亲水
复超疏水材料不同的功能(如防腐、导电、光热转
性。经太阳光照射 1 h 后,筛网的表面温度可上升
换、抑菌、热致变色等),开发出功能化自修复超疏
至 53 ℃,会加速氟硅烷向表面的迁移,从而使其恢
水材料。
复疏水性。在此基础上,该课题组还设计并制作了
3.1 可防腐的自修复超疏水材料
一种简单一体化的太阳能蒸馏装置(装置中设有尺
金属材料易受到氧化或者电化学腐蚀而失效,中 2
国每年因金属腐蚀所造成的损失超过百亿元 [54-56] 。 寸为 120 cm 的疏水 SS 筛网),如图 11 所示。将该
装置置于海面上,经自然光照射 5 h 后,可采集 9.0 g
而可防腐的自修复超疏水涂层能够有效保护金属表
淡水。
面并保持其高强度,延长其使用寿命。
QIAN 等 [57] 制备了基于缓蚀剂苯并三唑(BTA)
和环氧基形状记忆聚合物(SMP)的自修复超疏水
防腐涂层。将涂敷有该涂层的铁基板在受损和加热
修复后分别浸入质量分数为 3.5%的 NaCl 溶液中,
通过电化学阻抗谱(EIS)和光学显微镜对表面腐蚀
情况进行了分析,BTA 质量分数为 5%的涂层防腐
蚀效果最好。此外,加热能够有效促进 SMP 的本体
运动和 BTA 的释放,使涂层伤口得到愈合,从而继
续发挥涂层对铁基板的防腐蚀作用。
UZOMA 等 [58] 将含有氟碳树脂和脲醛树脂微胶 图 11 用于淡水生产的一体化太阳能蒸馏装置示意图 [60]
囊的溶液喷涂到铝合金基板上,制备了自修复超疏 Fig. 11 Schematic illustration of the all-in-one solar distillation
for freshwater production [60]
水复合涂层。该涂层经过碱液或 O 2 等离子体处理后
失去疏水性,但在室温下放置 8 d 后,微胶囊中的 3.3 可导电的自修复超疏水材料
氟硅烷会缓慢释放并迁移至表面,使涂层恢复超疏 在受到水或灰尘的影响后,导电材料的电导率
水性。将覆盖该涂层的铝合金板浸入质量分数为 稳定性会下降,从而影响其正常工作,严重时甚至
3.5%的 NaCl 溶液中,并利用 EIS 评估浸泡 360 h 后 会产生安全事故。而可导电的自修复超疏水材料不
的涂层的抗腐蚀性能。与不含微胶囊的涂层相比, 仅具有自清洁性和优异的拒水性能用以保障使用的
含有微胶囊的涂层具有较高的初始阻抗和最终阻 安全性,而且通电后所产生的热量还有利于加速材
抗,表明其对铝合金板具有良好的防腐蚀效果。 料受损后的自修复过程,提高材料的循环使用性。
3.2 可光热转换的自修复超疏水材料 LI 等 [61] 构建了由脲基-嘧啶酮(UPy)的超分子
光热转化材料可将太阳能转化为热能,多用于 聚合物和 MWCNT 所组成的导电超疏水膜,其接触
海水淡化领域。但是在使用过程中,光热转化材料 角达到 168。如图 12 所示,该导电超疏水膜可作
易受到水中含盐量、微生物或酸碱度的影响,使其 为压阻传感器用以监测人体运动,在可穿戴电子领
转化效率大幅下降,使用寿命也明显缩短。将光热 域具有重要的应用价值。此外,由于 MWCNT 的疏
转换功能与超疏水性和自修复性结合起来所制备的 水性和超分子聚合基质的热愈合作用,在近红外光
新材料,不仅在被污染时能够进行自清洁,还可以 (808 nm)的照射下,该导电超疏水膜还可以实现
在受到破坏后实现自修复,从而保持其高效的光热转 在水中的本体自修复,可用于制作水下可穿戴及探
换能力,在海水淡化领域具有重要的应用前景。 测设备,在海啸等自然灾害的监测、军事防御、海
WENG 等 [59] 将蜂蜡、MWCNT 和 PDMS 的混合 底工程勘察等领域有潜在的应用前景。