2011-03-18來源:涂料與涂裝資訊網瀏覽量:
納米結構涂層的研究進展及發展趨勢 武利民,周樹學 (復旦大學材料科學系,教育部先進涂料工程研究中心,上海200433) 摘要:從新型樹脂合成方法、納米粒子的直接引入、表面微納結構的構建等三方
Yuwono等[16]以異丙氧基鈦為前驅體,制備了TiO2納米晶-PMMA非線性光學涂層。Yeh等[17]將粘土用表面活性劑插層后,與PMMA、聚乙氧基苯胺等聚合物復合,大大改善了這些聚合物涂層對鋼材的防腐蝕保護。Kumar等[18]利_______用植物油醇酸樹脂自動氧化干燥成膜過程中產生的自由基為還原劑,安息香酸銀為前驅體,獲得了納米Ag粒子原位生成的抗菌涂層,如圖2所示。該方法工藝簡便,綠色環保,商業應用價值高。較近,Sangermano等[19]將稀土離子摻雜的LaF3納米粒子與環氧涂料復合,制備的納米結構涂料可用于激光波導直接寫入領域。
圖2植物油醇酸樹脂/納米Ag粒子抗菌涂料原位生成示意圖
這方面的研究工作相對較多,但由于樹脂及其涂料體系非常復雜,體系既可以是水性的,也可以是溶劑型的,還可以是無溶劑的(粉末涂料、UV固化);樹脂分子鏈既可以是極性的也可以是非極性的。尤其是,迫于環保壓力,樹脂及其涂料水性化也成為涂料工業的主要發展趨勢,無機納米粒子的引入既要考慮其在水性體系中的分散穩定性,更要注意固化成膜后與樹脂涂層分子鏈的相互作用。因此,需要探索適用于不同樹脂及其涂料涂層體系的無機納米粒子導入新方法,建立無機納米粒子在不同樹脂及其涂料涂層中的普適性分散穩定控制方法,發展無機納米粒子的表面設計、穩定分散理論。
3.表面微納結構構建以獲得功能涂層
利用高分子鏈段在溶劑中的溶解度差異可以獲得具有特殊結構的表面。例如,Erbil等[20]將聚丙烯(PP)溶解于對二甲苯/丁酮混合溶劑中,由于對二甲苯是PP的良溶劑,丁酮是非溶劑,PP鏈段在溶劑中分布不均勻。將這種溶液涂覆于玻璃板上之后,置于真空條件下除去溶劑,可制得多孔結構的PP薄膜,表面水接觸角可達155°。同樣,利用嵌段聚合物的不同鏈段在同一溶劑中的差異也可制得超疏水表面。Xie等[21]利用PMMA-PP-PMMA三嵌段共聚物的鏈段在溶劑二甲基甲酰胺(DMF)中的溶解度的差異而形成以聚丙烯鏈段為內核的膠束,這種結構與荷葉表面的乳突相似,同樣具有二級結構,DMF揮發后,膠束結構能完好堆積在表面,形成超疏水表面,與水接觸角可達160°。Yabu等[22]將由PMMA-聚甲基丙烯酸全氟辛酯-PMMA的三嵌段共聚物溶解于AK-2559溶劑(CF3CF3CHCl2/CClF2CHClF混合溶劑)中,溶液涂膜后置于濕度為40%~60%的潮濕空氣環境中,發生自組裝行為產生蜂巢結構,該蜂巢結構經過剝離處理后形成有序的針墊結構,烷氧基硅烷基)丙基氨甲酰胺基]-6-甲基-4-氫吡啶酮,該物質在乙酸乙酯中通過氫鍵可形成兩端有三乙烷氧基團的棒狀二聚體分子,通過水解形成Si—O—Si鍵交聯的鳥巢結構,經低表面能物質修飾后形成了超疏水表面。Zhao等[24]制備了聚苯乙烯-聚二甲基硅氧烷(PDMS)嵌段共聚物膠束溶液,通過氣致相分離的方法使PDMS鏈段在表面富集,從而得到了超疏水性特性。Sun等[25]等將聚異丙基丙烯酰胺作為低表面能物質修飾粗糙表面,當溫度從25℃升至40℃時,原有的分子內氫鍵轉化為分子間氫鍵,高分子鏈段發生扭曲重排,疏水鏈段趨于表面,平整表面接觸角從63.5°轉變為93.2°,而粗糙表面接觸角從0°轉變為149.3°,見圖3。