光固化抗污涂料：五分钟速成自清洁膜

2017-07-28 09:54:04 作者：本网发布来源：网络分享至：

一句“出淤泥而不染”反映出前人对材料表面抗污性质的朴素认识与追求，然而从认识自然到材料设计的实现却经历了漫长的岁月。为了实现优异的抗污性质，即水与油都能在表面轻易滑动而不留下痕迹，早期的研究常常以牺牲材料表面其他性能如机械性能以及透光性为前提，极大地限制了抗污表面的实际应用。基于对低表面能聚合物所形成的聚合物刷具有抗污性质这一基本认识，刘国军教授课题组提出通过接枝液体聚合物使其形成纳米尺度补给池来持续赋予涂层抗污能力（nano-pools of a grafted liquid ingredient for dewetting enablement：NP-GLIDE）的设计思想（图一）。

▲ 图一：NP-GLIDE涂料设计思想

该设计主要包含以下三个方面的特点：首先低表面能的聚合物在表面形成的聚合物刷赋予了材料表面的抗污性质；其次低表面能聚合物通过微相分离所形成的纳米微区在表面聚合物受外力磨损的情况下可以形成新的聚合物刷，实现自补给功能，从而克服传统制备方法中由于表面力学性能差而导致抗污性质持久性不好的问题；另外通过接枝聚合物的策略保证低表面能液体不会发生宏观相分离，其相区尺寸在纳米级别保证涂层的透光性。通过将这样的设计思想引入到传统涂料中即可实现对抗污性质、耐擦拭性以及透光性的综合寻优，同时利用涂料的经济性与广泛的适用性从而在不同的场合相对便宜地制备抗污表面。NP-GLIDE涂料的设计思想目前已经成功用于开发聚氨酯抗污涂料（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 12722 –12727， Angew.Chem. Int. Ed. 2015, 54, 6516 –6520）和环氧树脂抗污涂料（Adv.Mater. Interfaces 2016, 1600001）体系。

然而考虑到一些基材对高温敏感而且有快速固化的应用需求，在近期的研究中我们进一步将NP-GLIDE涂料的设计思想拓展到了光固化涂料体系。通过在商业化涂料组分多元醇聚合物中接枝上低表面能聚合物PDMS和双键官能团，我们实现了NP-GLIDE涂料的结构设计。在进一步研究中我们发现光固化涂料配方中双键密度以及光固化时间对涂层表面抗污性能具有显著影响，相关研究强调了固化程度即交联度在NP-GLIDE涂料实现抗污功能中的重要性。基于以上研究认识，在优化体系配方和工艺参数后，我们成功制备了透光率高（30 ?m厚度 T > 95%），耐擦拭（记号笔反复涂写与擦拭30次以上）且抗污性能优异的光固化涂料。如图二所示当对玻璃板进行涂覆后，只需UV辐照5分钟，不仅水以及十六烷可轻易在表面划过不留下任何痕迹，包括油性记号笔的笔迹以及喷涂的油漆都能在该涂层表面收缩且可轻易擦拭掉，体现出了优异的抗污性能。