水性聚二甲基硅氧烷-聚氨酯共聚物与气相法白炭黑共聚物制备超疏水耐磨透气涂料
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研究背景
由于汽车、医疗保健和建筑行业对功能性纺织品的全球需求不断扩大，用于这些涂层的常用基材之一是纺织品或织物。直到几年前，几乎所有的疏水纺织品涂层都是由长链全氟烷基物质(PFAS)发展而来的。然而，由于包括C-8氟碳化合物在内的全氟化碳的生物持久性和对人类健康的负面影响，环境法规已经在所有行业逐步淘汰了这些物质。纺织行业仍然在寻找一种耐用的、无氟的涂层解决方案，这种解决方案可以廉价地应用于大规模生产。为了提升共聚物涂料的耐磨性和防水性能，利用聚二甲基硅氧烷的低表面能和模仿荷叶表面的粗糙度这两种方法分别从化学和物理方面着手，能使涂料同时兼顾了绿色环保和防水耐磨的性质。
成果简介
利用气相法白炭黑(FS)的高比表面积和支化结构，结合聚二甲基硅氧烷(PDMS)的疏水性能和聚氨酯(PU)的坚固性，可制得具有层次化结构和增强功能的PDMS-PU和FS接枝涂料。FS的结构特征会增加超疏水性（2.5wt%下有160°的水接触角）；其开枝状的特性会提供透气性；在PDMS-PU涂层的顶部采用只有FS的分层涂层方法会产生互锁和强大的耐磨性，在使用标准磨损测试程序进行1000次磨损循环后，疏水性也没有显著改变。这项工作表明，不使用氟化处理即可生产出水性、机械坚固、透气和超疏水涂层。分层涂层方法为微调涂层材料的疏水性、透气性和坚固性提供了新的视野。
1.聚合物分散体的合成方案
如图1，反应物(二异氰酸酯和多元醇)首先连接在一起形成预聚体。然后，将这些预聚物链与(a)丁二醇(BD)(1)连接成聚合物，最后加水，通过抗溶剂沉淀在水中制备PDMS-PU共聚物粒子分散体；(b)与气相法二氧化硅粒子(FS)(1)分散在无水溶剂中，然后在水中抗溶剂沉淀，生成PDMS-PU-Si粒子分散体。PDMS-PU-Si中的Si一词用于区分与聚合物共价连接的气相二氧化硅和FS颗粒。
