哈爾濱工業大學研製出超疏油/超親水塗層材料

2020-11-22 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）

相關焦點

  • 一文讀懂納米疏水疏油塗層和超親水塗層的自潔原理
    在實際應用中，這些表面還會遇到各種髒汙，泥、灰、油汙以及它們的混合物，面對這種情況納米疏水疏油易清潔/自潔塗層和親水自潔塗層都能應對
  • 寧波材料所親油疏水溢油應急材料實現產業化
    Chemistry, 2014, 5(20): 5942-5948；專利CN201310703409.5、CN201510392570.4），分別實現對水上原油、重油、輕油、柴油汽油、有機化學液體及水下有機化學液體等的高效吸附與回收；針對分散在水中的乳化油，研製了疏油親水乳化油分離材料
  • 【乾貨】石墨烯的功能化改性——疏水疏油篇
    使用肥皂時，油汙被親油端吸附著，再由親水端牽入水中，達到洗淨效果。近年來，超疏油-超親水材料由於其特殊的潤溼性在油水分離方面備受青睞。由於「油」的表面張力遠小於水，故超疏油-超親水表面較難製備，而且超疏油表面大多超疏水，這就限制了其在油水分離方面的應用。
  • 東南大學張友法團隊《CEJ》:在純水性超雙疏塗層方面取得進展
    01-15 11:35:35　來源: 高分子科學前沿 舉報 　　近日，東南大學材料學院
  • 科普大放送接觸角超疏水超親水統統給您說清楚
    什麼是親水、超清水？  下圖中的θc就叫接觸角（Contact angle），是衡量潤溼程度的量度。定義：接觸角是指在氣、液、固三相交點處所作的氣-液界面的切線穿過液體與固-液交界線之間的夾角θc。 超疏水:接觸角θc＞150°叫超疏水。CCP002&CCP003-Sysmyk®超疏水超疏油納米塗層應用在基材表面，滴水實拍圖片，水接觸角大於170度。
  • 納米疏水疏油塗層有用嗎?
    而且清洗劑在清洗過程中會有揮發性對使用者有一定的身體傷害性，而且使用完後是否會有殘留對健康的影響問題也要考慮；油汙清洗劑第二種有效的方法就是使用納米疏水疏油塗層，這種產品是納米材料雜化形成的塗層產品，乾燥後環保無毒，並且氣味低，使用過程中不會造成整個空間的空氣汙染，該產品可通過刷塗或者噴塗在表面，乾燥後即有疏水疏油的效果，通俗點說就是油和水在表面形成較低的接觸角，可以實現易清潔的功能，讓油汙清洗變的簡單易操作。
  • 具有優異耐久性以及快速有效油水分離能力的水下超疏油膜的製備
    膜分離技術因其具有可連續化操作、高效以及環境友好等諸多優勢被認為是一種有前景的油水分離方法。從原理上看，具有相反表面潤溼性的膜材料，如疏水-親油型和親水-疏油型膜都可以實現含油汙水的有效分離。然而，疏水-親油型膜的表面容易被油汙染，在使用過程中的分離效率也會不斷下降。相比之下，親水-疏油型膜具有優異的憎油性，可以有效的避免使用中的膜汙染問題。
  • 油水分離新技術滲透速率提高5個數量級
    科技日報長沙9月5日電 （記者俞慧友）5日，記者從長沙理工大學獲悉，重慶大學教授孫立東、湖南省百人計劃專家賈傳坤、中科院金屬研究所研究員韓拯共同主導，聯合新加坡科技局化學與工程研究院等國際團隊，開發了一種「滲透陽極氧化法」，可在孔徑10—100微米、厚度1—5毫米的多孔鈦三維微通道內，實現超親水塗層的全覆蓋，使水滴在多孔鈦的滲透速率提高
  • 鄭州大學《CEJ》：蠟燭菸灰「玩」出了新花樣？一種超疏水/超親水多功能雙面紙
    兩面材料是通過不同的特性進行開發，從而實現理想的功能複合，近年來備受關注。荷葉是一種典型的雙面性界面行為材料，即荷葉的上表面具有超疏水特性，而下表面具有超親水特性。近年來，相關學者研究了許多具有仿生結構的疏水/親水兩面材料。然而，大多數實驗材料是不可降解的，且會涉及到有害的有機溶劑，製備過程也比較複雜。
  • 強大到可怕的防水材料,顛覆你對「防水」的認識!
    它採用特有的納米技術在物體表面形成一層可以阻止水、油等液體侵蝕的空氣保護膜。「超級幹」相比傳統技術的另一項突破是超強的附著力和耐磨性，適用於任何對耐磨性有要求的地方，幾乎可以應用到包括紡織品在內的任何材料上。
  • 超級塗層為戶外設備披上「防寒服」
    這種超級塗層融合了可降低冰點的親水鏈段PVP、低表面能材料PDMS、可吸收太陽能的光熱碳纖維，為防止設備表面不結冰上了「三重 　　張雷解釋，設備表面結冰，往往是水先附著在材料的表面而後凍結成冰。「我們使用了親水鏈段，它可以束縛水分子，降低水的冰點，相當於延遲了這個過程。」 　　低表面能材料PDMS具有很低的附著能力，能降低冰雪附著。就像不粘鍋因為有低表面能材料的塗層，所以炒菜的時候能達到不粘的效果一樣。 　　「我們把親水鏈段和低表面能材料融合，製作成為一種新型兩親性塗料。」
  • 哈爾濱工業大學冷勁松教授團隊,智能材料領域優秀團隊簡介
    智能材料最新的研究趨勢顛覆了原有的設計理念，將更多應用於人機互動、生物醫學，改善人們的醫療健康水平（Science Robotics, 4(2019)eaax7329）。同時，將智能材料與計算機學科交叉研究，以程序控制材料的特性響應機制，從而製備可調節、可編程、可重構的智能材料，進一步推動社會科技的發展。
  • 一步「綠色」操作，搞定複雜表面的超疏水塗層
    本文來自微信公眾號：X-MOLNews超疏水塗層能夠賦予材料表面獨特的自清潔、抗汙染等特性，在海洋防汙塗層、防冰塗層、醫療防細菌粘附塗層以及管道減阻塗層等領域得到廣泛的應用。基於材料表面微納粗糙結構以及材料表面能兩方面的調控，科學家在超疏水表面構築方面發展了諸多策略並取得了一系列成果。
  • JPCC:功能超疏油材料研究取得新進展
    近日，中科院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室表面與界面課題組在疏油材料研究方面取得新進展。界面超疏水性質在自然界中較為常見，科學研究也非常之多，但是超疏油性質卻在自然中鮮有發現和較少研究，而疏油塗層具有更廣闊的工業應用前景。該課題組使用簡便並可用於工業生產的方法構建了超雙疏的鈦/二氧化鈦表面，該超疏表面可適用於多種油液。
  • 納米塗層粉體材料的研究與應用
    美國、英國、法國、俄羅斯等世界航空發動機強國已經將熱障塗層技術廣泛地應用在航空、航天領域，並進一步推廣至電力、能源等工業領域。   對於高性能航空發動機而言，其研製的最難之處在於材料和製造工藝，因為超過極限的性能要求最終都要落實到發展尖端的材料和製造工藝上。專家指出我國航空發動機研製的困難和性能差距主要體現在渦輪葉片以及渦輪盤材料和工藝兩個方面。
  • 《ACS Macro Letter》多嵌段複合納米自組裝獨立釋放親水/油載體
    然而這種系統中對宿主微環境要求高，同時裝載疏水性和親水性分子的組合非常困難。在聯合療法中共包封疏水性和親水性分子推動了該領域的研究。由於親水內腔和疏水膜，所以研究主要集中在脂質體或聚合物體上，也可以通過雙重乳液法配製脂質包覆的雜化納米顆粒，以同時包封和釋放疏水性和親水性貨物。　　美國麻薩諸塞州大學應用生命科學研究所S.
  • 哈工大(威海)張瑛潔教授團隊在超親水膜製備領域取得最新進展
    針對傳統超濾/微濾膜汙染問題，哈爾濱工業大學(威海)海洋學院張瑛潔教授課題組採用聚醚胺(PEA)、聚乙二醇縮水甘油醚(PEGDGE)及γ-(2.3環氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷哈爾濱工業大學(威海)海洋學院碩士生孫澤坤為該論文第一作者，海洋學院青年教師程喜全博士、張瑛潔教授及哈爾濱工業大學化工學院邵路教授為該文章通訊作者。
  • 內科大研製出綠色高效油水分離膜材料
    近日，內蒙古科技大學化學與化工學院賽華徵課題組採用奶茶、果凍中的常用配料椰果，加工成綠色、高效的油水分離膜材料，為解決世界性的海洋石油汙染問題提供了新思路。如果油水混合物不能有效分離，不僅導致資源的浪費，而且會對環境造成嚴重汙染。採用膜分離技術將混合物中的油水兩相進行分離被認為是一種高效、節能、廉價的方法。
  • 香港城市大學成功研製超納鎂合金材料
    原標題：香港城市大學成功研製超納鎂合金材料 　　4月5日，在香港城市大學，領導研究團隊的香港城市大學副校長兼機械工程學講座教授呂堅（右二）介紹本次研究成果。
  • 化學前沿-超潤溼系統
    這個概念源於親水性和疏水性之間的接觸角極限。根據楊氏方程，90°被認為是將表面描述為親水和疏水的數學潤溼閾值。然而，通過考慮相間水分子相互作用和結構，提出了65°的較低的本徵潤溼閾值。這可以通過以下事實提供支持：超疏水表面可以由具有小於90°的本徵接觸角的聚合物製備。原則上，每個液體都有自己的內部管道，它獨立於固體表面。最近，幾種有機液體的內部物質通過精細調節底物的表面張力來確定。