超疏水涂层在实际生活中具有广阔的应用前景,但在受到物理或化学等作用的损伤下,超疏水涂层表面极易被破坏而丧失超疏水性能,导致其使用寿命缩短,因此制备具有自修复性能的超疏水涂层材料是当今研究的热点之一。今天就和涂涂一起来学习一下自修复超疏水涂层材料吧~~~
材料分类
根据修复机理的不同,可将自修复超疏水涂层材料分为两大类:外援型(非自主型)和本征型(自主型)。
根据是否需要外部刺激,可将自修复超疏水涂层材料分为两大类:自主响应型和非自主响应型。
根据修复成分的不同,可将自修复超疏水涂层表面的修复方式分为三类:(1)低表面能物质的修复;(2)表面粗糙结构的修复;(3)低表面能物质与表面粗糙结构的同步修复。
重点介绍-外援型自修复超疏水涂层材料
外援型(非自主型)自修复超疏水涂层材料是指材料表面的低表面能物质被破坏之后,通过外部的条件变化(如温度、湿度、光照和pH等)或者机械刺激,使材料内部的低表面能物质向材料受损部位迁移,重新恢复其超疏水性能。
在外援型自修复超疏水涂层材料的制备过程中,通常采用三种方法:微胶囊法、液体纤维法和自相似结构法。
1. 微胶囊法
微胶囊法是将修复剂(低表面能物质)存储在由树脂或多巴胺构建的微胶囊内,当超疏水材料表面受到损伤时,可以通过特定的刺激使胶囊内部的修复剂(低表面能物质)释放出来,从而使材料表面得到修复。
微胶囊法操作简单,使用广泛。该方法制备的自修复超疏水涂层材料的修复效果主要取决于胶囊中修复剂的含量,因此对超疏水涂层材料同一部位的自修复能力是有限的。此外,胶囊的分散均匀程度以及与主体材料的相容性也会影响到材料的自修复能力。
2. 液体纤微法
液体纤维法是将液体纤维埋植于复合材料中,在液体纤维中封装修复剂。当材料破损时,液体纤维发生断裂,修复剂从纤维中流出,粘接裂纹或与材料中的催化剂发生反应,修复裂纹。
该方法适用于较长时间的修复要求。随着修复剂的不断使用,自修复能力逐渐减小,当修复剂使用完,材料将丧失自修复能力。
3. 自相似结构法
自相似结构法是通过调整制备方法和原料比例,使材料表面和内部具有相同的疏水成分与结构。当表面结构或成分被破坏时,利用机械摩擦或催化分解的方法使材料内部的粗糙结构暴露出来,同时储存在内部的低表面能物质通过向表面迁移,使材料恢复其原来的超疏水性。
该方法环保程度高,无需额外添加修复剂,超疏水涂层材料的耐久性和使用寿命较长;但是修复速度较慢。
重点介绍-本征型自修复超疏水涂层材料
本征型(自主型)自修复超疏水涂层材料指在特定条件下,不需添加任何修复剂,依靠材料自身化学结构特性来实现自修复过程。
该方法的核心是向材料内部结构中引入动态化学键,当材料表面或内部结构受损后,这些化学键会因动态平衡重新恢复至初始状态,从而修复损伤部位,使材料的超疏水性能得以恢复。
根据参与修复的化学键类型,本征型自修复超疏水涂层材料可以分为基于可逆非共价键和基于可逆共价键的自修复材料。
1. 可逆非共价键自修复超疏水涂层材料
可逆非共价键包括氢键、金属配位键和离子键等。将它们引入超疏水材料的结构中,当材料因受到化学腐蚀或物理磨损而导致材料内部结构被破坏时,通过一定的条件刺激,材料可以进行氢键或金属配位键的重组使受损部位得以修复,从而使材料超疏水性得以恢复。
可逆非共价键 | 特点 |
氢键 | 聚合物中普遍存在 |
金属配位键 | 对多种刺激可产生响应 |
离子键 | 特定温度下可实现自修复 |
氢键
氢键是这一种常见的可逆非共价键,具有较强的自修复能力。例如,含有羟基、羰基等基团的聚合物可以通过氢键的重组来实现自修复。
金属配位键
金属配位键在某些金属有机聚合物中存在,当材料受到损伤时,金属离子与配体之间的配位键可以重新形成,从而修复材料。
离子键
离子键的自修复机制主要依赖于离子之间的重新结合,适用于某些离子型聚合物。
2. 可逆共价键自修复超疏水材料
由于非共价键的稳定性较差,基于可逆非共价键的自修复超疏水材料自修复能力以及稳定性有待提高。而共价键的稳定性高于非共价键,以可逆共价键构建共价交联网络不但能使材料具备自修复性能,而且可以增加材料的稳定性。
可逆共价键包括二硫键、酰腙键、硼氧键、亚胺键、Diels-Alder反应、Se-N键等。
二硫键
二硫键在某些含硫聚合物中存在,具有良好的可逆性,能够在损伤后重新形成。
酰腙键
酰腙键是一种可逆共价键,能够在特定条件下断裂和重组,实现材料的自修复。
硼氧键
硼氧键在某些含硼聚合物中存在,具有良好的自修复能力。
亚胺键
亚胺键在某些有机聚合物中可以通过断裂和重组来实现自修复。
Diels-Alder反应
DA反应是一种可逆的化学反应,能够在特定条件下实现材料的自修复。
Se-N键
Se-N键在某些含硒聚合物中存在,具有良好的可逆性。
这些基于可逆化学键的自修复机制使得本征型自修复超疏水涂层材料能够在损伤后自发恢复其超疏水性能,从而延长材料的使用寿命。
制备方法
超疏水涂层的制备方法请阅读《一文读懂超疏水涂层制备方法及优缺点》文章,进行详细了解。
研究方向
(1)深入研究自修复超疏水涂层材料的自修复过程及超疏水机理,为材料的功能化及性能提高提供理论基础;
(2)开发制备工艺简单、成本低廉、绿色环保的新的自修复超疏水涂层制备方法;
(3)开发常温或较低温度下自修复效率高、时间快的自修复超疏水涂层材料;
写在最后
自修复超疏水涂层同时具有超疏水性和自修复性,不仅能够使其使用寿命得到显著延长,而且还能明显降低材料的维护成本。因此,对自修复超疏水涂层进行持续研究具有重要的理论意义和实用价值,争取早日实现工业化应用。
如果您想深入了解涂料行业,掌握市场动态,那么涂料驿站绝对是您的第一选择。
您可以通过扫描文章末尾的二维码,直接与我们的专业顾问涂涂取得联系。无论是技术优化、采购咨询、产品研发/推广还是市场分析,涂涂都能为您提供全面而专业的服务。我们期待与您的合作,共同探索涂料行业的无限可能。
阅读推荐 | |
-END-