华南理工大学:多功能透明聚氨酯涂层
2025-08-26 16:48:00 作者:涂料驿站 来源:涂料驿站 分享至:

 

透明和全疏液涂层在多个领域取得了显著的进展,如防指纹触摸屏、拒液医疗设备、自清洁汽车挡风玻璃、防涂鸦公共设施以及防尘太阳能电池板。这些涂层构建了低表面能屏障,能有效阻止水、油和污垢等污染物的积聚。因此,它们有助于保持表面的清洁和透明度,从而营造出更干净、更具视觉吸引力的环境。

人们已经开发出多种制备全疏液涂层的方法,其中超疏水涂层超疏油涂层被认为是最受关注的技术之一。这些涂层具有极强的抗水和抗油能力,能有效防止表面污染。一个众所周知的例子是“荷叶效应”,通过低表面能层与纳米和微米尺度的分级结构的结合,使得水接触角超过150°。为了实现这种超疏水性和超疏油性,通常会使用表面张力极低的含氟材料。这些材料能够显著提高表面排斥水和油的能力,从而拓宽了这些涂层的应用范围。然而,这些涂层仍面临一些挑战,往往存在耐磨性差和光学透明度低的问题。高速冲击的污染物会破坏涂层中精细的微纳米结构,导致性能下降。此外,粗糙的表面结构会增加光的漫反射,严重影响光学透明度。近年来,人们越来越关注使用增材制造技术来构建多尺度结构和重建仿生界面。

为了克服这些局限性,人们受猪笼草启发,开发了光滑注液多孔表面(SLIPS)。通过将低表面张力化合物注入多孔表面形成润滑层,该涂层表现出强大的疏水疏油性、极小的接触角滞后以及优异的动态润湿特性。然而,液体润滑剂由于流动性较高,常常随着时间的推移出现迁移或耗尽的问题。此外,与荷叶效应类似,SLIPS技术也使用低表面张力的含氟材料作为液体润滑剂,但含氟材料的高成本和环境风险也是潜在的问题。

从理论上看,将液态聚合物共价接枝或附着到基材上,可以有效缓解粗糙表面的固有局限性。尽管聚合物因附着在基材上而限制了其移动,但它形成的单层仍然展现出优异的滑动性能。然而,这一方法仍面临一些挑战,包括基材预处理的要求、化学接枝过程的复杂性以及耐磨性不足等问题。

随着可持续发展日益受到重视,人们开始利用可再生生物资源替代传统的多元醇低聚物,制备生物基聚氨酯涂层。包括β-环糊精、蓖麻油和木质素在内的多种生物资源已被成功应用于生物基聚氨酯材料中。

单宁酸(TA)是一种从树皮、木材、树叶和果实中提取的天然多酚,具有良好的附着力、生物相容性和抗氧化性等优点外,TA还能与多种官能团发生反应。TA被广泛用于医疗、食品工业、耐腐蚀涂层等领域。然而,目前尚无关于高透明度和全疏液的TA基聚氨酯涂层的报道。

近期,华南理工大学洪良智团队成功制备了一种具有多功能性和耐用性的透明生物基聚氨酯涂层

以单宁酸(TA)作为多元醇,六亚甲基二异氰酸酯三聚体(HDIT)作为交联剂,单羟基封端的聚二甲基硅氧烷(PDMS-OH)作为低表面张力材料,制得TA-g-PDMS涂层。

该涂层的透明度高达99%,具有优异的防污自清洁和防止人造指纹残留的性能。即使经过500次重复的书写和擦除循环,该涂层仍能保持出色的防涂鸦性能。该涂层可用于多种基材,附着力可达到5B级。利用TA的抗氧化特性,可在涂层中原位还原生成银纳米粒子,从而获得超过99%的抗菌率。该涂层还具有优异的机械强度,即使在折叠和弯曲后仍能保持其抗墨性。此外,该涂层可以显著提高有机太阳能电池(OSCs)的光稳定性耐久性,而且对其效率影响极小。因此,本研究提出了一种全新的方法来设计和合成可持续聚氨酯涂层,在众多领域具有广阔的应用潜力。



合成路线示意图













(a)PDMS-HDIT的合成路线;(b)TA与HDIT之间的化学反应;(c)TA-g-PDMSx涂层的制备示意图。


数据来源与出处


 

相关研究成果以“Versatile and environmentally benign polyurethane coatings enabled by the multiple facets of tannic acid”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。

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