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浙江理工大學(xué)鐘齊團(tuán)隊(duì)《ACS AMI》:超纖合成革表面構(gòu)筑含g-C3N4的復(fù)合溫敏水凝膠涂層實(shí)現(xiàn)水性/油性污漬的全效去除
2022-07-18  來源:高分子科技

  超纖合成革是將超細(xì)纖維和聚氨酯涂層復(fù)合的新型材料,不僅可以替代真皮,更具有結(jié)構(gòu)和功能的設(shè)計(jì)性,可廣泛應(yīng)用于體育運(yùn)動(dòng)、時(shí)尚潮流、家具裝飾、電子包裝、汽車內(nèi)飾等領(lǐng)域。例如國內(nèi)熱門的新勢(shì)力車企:小鵬和蔚來汽車,均將超纖合成革應(yīng)用于汽車內(nèi)飾。然而,日常生活中的各類污漬,如食物和飲料,甚至牛仔褲的染料,均會(huì)對(duì)超纖合成革,尤其是淺色系的,產(chǎn)生嚴(yán)重沾污,進(jìn)而影響美觀和使用。因此,如何簡(jiǎn)單高效地去除污漬成為超纖合成革產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用所要面對(duì)的問題。


  在前期研究中,鐘齊副教授團(tuán)隊(duì)通過在超纖合成革表面交聯(lián)溫敏水凝膠涂層,借助溫敏聚合物在溫度變化下的親/疏水轉(zhuǎn)變特性,顯著降低了污漬和涂層間的附著力,僅需使用去離子水沖洗3s,無需使用任何清潔劑,油性污漬去除率可達(dá)91%,實(shí)現(xiàn)了超纖合成革的易清潔效果,相關(guān)研究成果已發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces (2021, 13, 45995-46002)


  在上述研究成果的基礎(chǔ)上,針對(duì)單純溫敏水凝膠涂層僅能高效去除油性污漬的缺陷,鐘齊副教授提出將光催化劑g-C3N4引入溫敏水凝膠涂層,并交聯(lián)固著于超纖合成革表面,借助g-C3N4在光照條件下可產(chǎn)生自由基分解有機(jī)物的特性,同步實(shí)現(xiàn)對(duì)水性污漬的有效去除(圖1)。 


1超纖合成革表面構(gòu)筑含g-C3N4的復(fù)合溫敏水凝膠涂層,以實(shí)現(xiàn)水性/油性污漬全效去除的示意圖。


  為了驗(yàn)證含g-C3N4復(fù)合溫敏水凝膠涂層的超纖合成革對(duì)水性污漬的去除效果,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)利用火龍果汁和紅酒模擬了日常生活中常見的水性污漬。如圖2左列所示,被火龍果汁沾污后的含g-C3N4復(fù)合溫敏水凝膠涂層的超纖合成革具有紅色外觀,通過測(cè)色儀測(cè)色可知,其K/S值為2.89LED燈帶照射30分鐘后,其表面的紅色顯著褪去,K/S值降低至0.4。當(dāng)照射時(shí)間延長(zhǎng)至60分鐘,紅色全部褪去,K/S值僅余0.24。通過顏色的變化可知,僅需1小時(shí)幾乎所有的火龍果汁即可降解去除。在同樣的時(shí)間內(nèi),紅酒漬不僅顏色明顯褪去(圖2右列),其K/S值亦從0.87降低至0.57,表明36%的紅酒被光降解。由于測(cè)試時(shí)長(zhǎng)僅60分鐘,通過延長(zhǎng)光照時(shí)間,紅酒漬亦可高效清除。 


2g-C3N4復(fù)合溫敏水凝膠涂層的超纖合成革在可見光下照射不同時(shí)長(zhǎng)(03060分鐘)后對(duì)不同水性污漬:火龍果汁(左)和紅酒(右)的降解效果照片。


  為了驗(yàn)證含g-C3N4復(fù)合溫敏水凝膠涂層的超纖合成革在對(duì)水性污漬的去除效果提升的同時(shí),仍然具有良好的油性污漬,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采用含尼羅紅的植物油模擬日常生活中常見的油性污漬。如圖3所示,初始態(tài)超纖合成革表面被含尼羅紅的植物油沾污前后的K/S值變化量為0.89,而對(duì)于含復(fù)合溫敏水凝膠涂層的超纖合成革而言,沾污前后的K/S值變化僅為0.67,降低了25%,說明涂敷復(fù)合水凝膠后的超纖合成革由于具有良好的親水性,更不易被沾污。而當(dāng)用25 (低于TT)去離子水沖洗30秒后,初始態(tài)超纖合成革的K/S值變化量為0.32,說明與初始的超纖合成革相比,仍有大量的含尼羅紅的油污存在于表面。而含復(fù)合水凝膠的超纖合成革的K/S值變化量?jī)H為0.04,超過94%的含尼羅紅的油污被清除。由此可以印證,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)制備獲得的含g-C3N4復(fù)合溫敏水凝膠涂層的超纖合成革同時(shí)對(duì)水性和油性污漬均具有良好的去除效果。 


3初始態(tài)(左)和交聯(lián)含g-C3N4復(fù)合溫敏水凝膠涂層(右)的超纖合成革,在被含尼羅紅的油污沾污后(橙色)和用2去離子水沖洗30秒后(青色)的K/S值相對(duì)于初始態(tài)的超纖合成革的K/S值的變化量。


  相關(guān)研究成果以“Simultaneous and Efficient Removal of Oleophilic and Hydrophilic Stains from Polyurethane by the Combination of Easy-Cleaning and Self-Cleaning”為題,發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces (2022, 14, 16641-16648)


  論文的第一作者為浙江理工大學(xué)研究生方政,通訊作者為鐘齊副教授,共同通訊作者為西北工業(yè)大學(xué)王維佳副教授。該課題研究獲得了國家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào):5217308751403186 和 51611130312)的支持。


  原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c01042

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