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东南大学张友法教授：引入无机粘结剂，耐磨自修复超双疏涂层

文章来源：高分子科学前沿更新时间：2022-06-10 14:42:11

近日，东南大学材料学院张友法团队与宾夕法尼亚大学Shu Yang教授合作，引入无机粘结剂，采用涂层偏聚分相理论，制备出具有瞬时自修复特性、长效耐磨的超双疏涂层。

超双疏涂层具有优异的自清洁和耐油污特性，在油烟机等家用产品上具有广阔的应用前景。但是在使用过程中，众多部件在组装、搬运以及后续清洁过程中，外部材料表面会处于刮擦、磕碰甚至磨损的工况条件下，因此防护涂层除了需要对有机物展现出良好的排斥作用，同时还必须具备优异的机械稳定性和环境耐久性，这就对涂层表面提出了更高的设计工艺和使用要求。

课题组团队通过底面合一及喷涂的工艺，以全氟氯硅烷为改性剂制备出高接枝率的功能纳米颗粒，引入磷酸二氢铝为无机粘结剂，通过化学键合增强颗粒间的结合力，同时，功能颗粒在涂覆过程中的相分离和再团聚能显著提高涂层体系的机械耐久性，粘结剂也能提高涂层的内聚力，以及与基底的附着力，示意图如图1。该方法工艺设备简单，利于规模化批量制备，有较大的工业应用优势。

图1 耐磨自修复超双疏涂层结构示意图

耐磨超双疏涂层对不同低表面张力液体展现出优异的超疏液性能，与常规复合超双疏涂层与双层超双疏涂层相比，在机械耐稳定性上有大幅度提升，经过500次250 g负载Taber磨损后，表面仍具有明显的超疏油特性。

图2 超双疏涂层机械稳定性

改性纳米颗粒在溶液体系中会再团聚，并与无机粘结剂发生化学键合，在成膜过程中出现明显的偏聚现象，生成不同粒度大小的颗粒团聚体胶囊，填充在整个涂层体系中。磨耗仪磨损后，涂层结构中的颗粒胶囊被破坏，内部大量的改性纳米颗粒得以释放，并通过扩散作用向低浓度区域（即颗粒消耗的磨损区域）迅速发生迁移，直至完全铺展在磨损的表面上，使表面恢复功能特性，具有瞬时自修复性能。

图3 涂层磨损后自修复机理

本文第一作者是博士生焦玄，通讯作者是张友法教授。

本论文工作受国家自然基金项目（项目号52071076），东南大学优秀博士学位论文培育基金（项目号YBYP2141）项目支持。

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