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可拉伸-超耐用超疏水材料用于高效油水分离

来源: X-MOL 2017-08-09 11:17:13

基于仿生原理制备超疏水材料，在油水分离、防污涂层、防腐涂层、药物传输、蛋白结晶、防冰等诸多领域有着广泛的应用。在过去的几十年里，诸多“自上而下（top-down）”和“自下而上（bottom-up）”的微纳形貌构筑技术结合低表面能材料被用于超疏材料表面的制备。但是，上述方法制备超疏材料表面不仅步骤繁琐，而且存在着不耐形变的致命缺陷。可拉伸超疏水材料在柔性电子、微流体、气体传感、功能织物等领域有着巨大的应用需求。

虽然目前科学家们借助3D网络结构、高级褶皱结构、聚合物水凝胶等途径能实现可拉伸超疏水材料的制备，但是其可逆形变过程中往往会导致其超疏性能产生较大的衰减。近日，印度理工学院的Uttam Manna和Adil Majeed Rather以支化聚醚酰亚胺（BPEI）和双季戊四醇五丙烯酸酯（5Acl）为原料，基于氨基和丙烯酸酯基的1,4共轭加成反应在聚氨酯（PU）纤维表面构筑疏水性微纳结构，进一步借助疏水性长链十八烷胺修饰，构筑了具有优异可逆拉伸性能和稳定性的超疏水表面。

研究团队通过BPEI和5Acl在PU表面的活性反应结合十八烷胺的后修饰，构筑了具有微突结构的超疏水材料。该材料表面在空气和油相中都展现出优异的超疏水特性，接触角、接触角滞后分别为157°、4°和161°、3°。

涂层修饰后的PU展现出优异的空气和油下超疏水特性。

该方法制备的超疏水材料具有优异的高形变-性能稳定性。高达1000余次的可逆高拉伸形变测试中，在150%拉伸形变率下，材料的疏水性能基本上没有变化；在200%形变率测试下，由于材料微观形貌的变化其接触角滞后略有上升。同时，该超疏水材料能够有效的承受折叠、弯曲、扭曲等形变测试，具有优异的使用性能稳定性。在多次可逆形变测试后，该材料在海水、淡水、酸碱等溶液的超疏性能维持不变，具有较广的应用范围。

材料具出优异耐拉伸、耐摩擦、耐化学腐蚀特性。

研究团队进一步将该超疏水材料用于油水分离，测试表明仅在重力作用下其重油/水、轻油/水以及油水乳液混合的分离速率高达~115 mL/min，分离效率为99%。而且，该超疏水膜材料的最大抗水浸润压力达到4.89 kPa。

PU基超疏水材料可用于高效油水分离。

——总结——

印度科学家以PU为柔性基材，表面通过氨基和双键的1,4共轭加成活化反应在PU表面生成微纳形貌，结合长链烷烃修饰构筑超疏水结构。该策略有效的解决了传统超疏水材料的形变-性能衰减问题，扩大了其潜在应用范围。同时，该策略还可以进一步拓展到其他基材体系和反应体系。

材料学

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