第一情报 ---材料工业

国内外超疏水膜发展状况

供稿人:卞志昕  供稿时间:2018-5-31   关键字:超疏水膜  

超疏水表面的自清洁原理是基于“荷叶效应”。20 世纪90年代,德国植物学家波恩大学Barthlott等揭示了荷叶表面的结构,发现荷叶的“自洁性”源于其表面的微纳结构,荷叶表面具有微米级的乳突,乳突上有纳米级的蜡晶物质,这种微-纳米级的粗糙结构可以大幅度提高水滴在其上的接触角,导致水滴极易滚落。水滴在超疏水表面上的运动是一个复杂的物理现象,在自清洁过程中起到了一个至关重要的作用:水滴在表面滚动时会带走表面的污染物或灰尘,从而达到自清洁的效果。而超疏水薄膜,因具有良好的疏水防污性、自清洁性等特性,在多个领域上具有应用前景,因此也得到广泛关注。

国内研究状况

中国科学院宁波材料技术与工程研究所首先在粗糙柔性衬底上表面固定筛网,然后在筛网的上表面以恒定速度涂覆一层50~500微米厚度的聚合物溶液,经固化、洗涤,通过简单的机械剥离,将粗糙柔性衬底去除,得到多尺度梯度微结构表面的微孔膜。所得膜可有效分离各种油水混合物,包括纳米级油水乳液,也可应用在自清洁超微滤膜污水处理、医用除菌、食品除浊、除菌、物料分离、膜蒸馏等领域。得到的微孔分离膜(孔径在0.001至1.0微米)具超疏水(接触角大于150度)或者超亲水特性(接触角小于5度)。定义的多尺度梯度微结构表面的微孔膜,具有从50~100 μm的圆形大孔,宽度约为10μm的沟槽,几百纳米大小的花瓣状结构以及尺寸为几个纳米的微纤的多层次的由大到小的尺度结构[1];中国科学院化学研究所研究了一种不含氟、耐高温、透光率好无毒、且有自清洁性的自清洁聚碳酸酯薄膜的制备方法。所制得的自清洁聚碳酸酯薄膜不仅具有高的耐热性能(热分解温度为400℃),高的透光性(可见光透过率90%以上),而且具有优异的疏水性能(与水接触角大于90度),在粗糙的基底上还具有超疏水性能(与水接触角大于150度)。该薄膜可应用于食品等领域中[2]。

国外研究状况

美国The Regents of the University of California在其申请的美国专利中述及一种在柔韧薄膜上制备纳米结构的方法,这种纳米结构可以是阵列微米和/或纳米大小的锥体,该发明可以表现出疏水性的柔性纳米锥阵列膜,可用于涂覆食品包装,冰箱,医疗设备,衣物,窗或壁。其实例中报道的超疏水接触角为145°或157°[3];Colorado State University 和University of Illinois at Chicago使用经美国食品药品监督管理局(FDA)认证的食品级蜂蜡等材料制备了一种安全无毒的超疏水防粘涂层。当这种涂层用在食品包装材料表面时,可以将里面的液体食品一滴不剩地倒出来。其对于食品废弃液体的接触角大于150°,滚动角小于10°[4]。

                                     表:国内外相关产品性能比较

 

中科院宁波材料技术与工程研究所

The Regents of the University of California

Colorado State University

接触角

>150°

145°或157°

>150°

滚动角

/

/

<10°

 

 

1 MITSUBISHI RAYON CO., LTD .MOSMITE[EB/OL]. http://www.mrc.co.jp/english/mosmite.

2 中国科学院宁波材料技术与工程研究所.具有多尺度梯度微结构表面的微孔膜的制备方法. CN103611437[P].2013

3 The Regents of the University of California.NANOSTRUCTURED ARRAYS ON FLEXIBLE POLYMER FILMS.US20150126393[P].2014

4、Wang W, Lockwood K, Boyd L M, et al. Superhydrophobic Coatings with Edible Materials[J]. Acs Applied Materials & Interfaces, 2016, 8(29):18664.

 

 


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