哈爾濱工業大學研製出超疏油/超親水塗層材料

2020-12-16 紡織導報

哈爾濱工業大學研製出超疏油/超親水塗層材料

發表時間：2018/4/3

完全不沾油但完全親水（超疏油/超親水）的材料，在諸如油水分離等許多領域有重要的應用前景。以往的油/水過濾分離法採用親油/疏水材料實現阻水通油，存在兩個問題：首先是相對水而言油的黏度較高，容易附著在過濾網孔上使網孔堵塞，大幅降低過濾效率；另外一方面由於水的密度較大，重力作用下水先接觸過濾網膜，容易在網膜表面形成水膜，而密度較小的油只能浮在水膜上方使得分離無法持續。



超疏油/超親水材料則可從根本上解決上述問題，用它製成的油水分離網膜可以完全阻隔油且不沾油，而水則可以順利通過，這就避免了高黏度油對網孔的堵塞。並且由於水的密度較大，在重力作用下可以直接通過分離網膜實現油水分離，使得分離效率大幅提高。



根據表面能理論，油具有比水更低的表面能，要實現疏油需要極低表面能固體材料，這種固體表面對於較高表面能的水來說也「一定」是疏水的。這就為開發超疏油/超親水材料造成了很大的困難。目前通常的實現方式是將超親水材料浸潤在水中，在水下得到超疏油/超親水性能，然而這種通過非直接方式得到的超疏油/超親水性依賴水膜的存在才能穩定保持其特殊潤溼性，一旦水膜破損材料將迅速被油汙染，因此實際應用困難。



哈爾濱工業大學的趙學增教授與潘昀路副教授所帶領的課題組日前針對這一問題實現了突破。他們通過構造短直氟鍊表面活性劑與極性親水基團組成的微納複合結構，使表面實現了真正意義上的超疏油與超親水性的共存。研究成果發表於《Advanced Functional Material》雜誌。

由於短直氟鏈的存在，且油與極性基團沒有強的相互作用，油在材料表面呈現超疏態，而由於水與極性基團之間有著強相互作用，而氟鏈又直又短，為水分子與極性基團的「親密結合」創造了空間條件，使得水在材料表面迅速呈現超親態。這種塗層可以通過噴塗的方式附著在幾乎任何一種固體表面上，下圖展示了塗覆有這種塗層表面的超疏油和超親水性。



同時，該研究團隊還針對超浸潤表面機械耐久性問題開展了研究，提出通過層層噴塗實現功能顆粒與高黏性膠粒均勻混合方式構造特殊潤溼性功能表面，大幅提高了所製備塗層的機械耐久性（8～10倍），可在砂紙的持續摩擦下保持潤溼性能不變，也可在人的大力揉搓下保持其超疏油/超親水性。



下圖為將該塗層塗覆到不鏽鋼網表面，實現了高效的油水分離：



此外，利用該塗層還可以對油滴實現定向運輸，在傾斜表面上用毛筆沾水畫出軌跡後，可使油滴將表面沿著軌跡移動，如下圖所示。



（來源：高分子科學前沿）

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