木材外观自修复超疏水涂层的构建

根据仿生技术，可在木料外型搭建仿菏叶构造的超疏水外型，如许的超疏水外型可以减少木料与水的触碰，进而避免吸湿产生的伤害。除此之外，超疏水特点还可授予木料外型自清理、耐污、耐腐蚀等新作用，这针对拓宽木料使用期限、扩张木料运用范畴和发展木料增加值有偏关键实际意义。

制取超疏水外型务必遵循两个标准：务必具备适合表面粗糙度和低外型能。木料外型构造十分复杂且不匀称，加上木料本身较弱的热稳定性和耐酸类，因而在木料上制取超疏水外型具有挑衅性。现阶段，很多方式早已使用于木料超疏水外型的制取，如溶胶凝胶法、水热处理工艺、浸涂、喷漆、高聚物热聚合和等离子蚀刻加工等。虽然科学研究得到了毫无疑问进度，但依然存有着实际运用的题型。在其中之一便是耐磨性能和耐用性。因为机械设备损坏乃至简易的手指头擦洗就可以毁坏柔弱的外型表面粗糙度，造成疏水性的缺失。除此之外，阳光照射、高溫文高湿等环境要素也会危害亲水性外型层。另一个焦虑不安题型是超疏水外型对低外型支撑力液态的对立性差，这会造成有机污染，丧失疏水性。 因而，开发设计耐用性高和耐磨性能好的超疏水木料外型更具有实际运用使用价值。

因此，中国林业科学院的王小青研究组根据在木料外型事先施胶聚二甲基硅氧烷（PDMS），再喷撒水溶性全氟甲基甲基丙烯酸聚合物（PMC）保湿乳液与TiO2的混和解决液，在实木板外型取得成功制取了超疏水外型，并具备很高的机械设备耐用性和自修补工作能力。该项成效以“Facile preparation of mechanically durable, self-healing and multifunctional superhydrophobic surfaces on solid wood”题写发布于“Materials and Design”刊物上。

在这个镀层系统软件，二氧化钛金纳米颗粒用以木料外型不光滑化，而低外型能的PMC作为成膜剂和黏合剂将纳米颗粒牢固地锚定在外观设计上，进而保证超疏水镀层的出色机械设备耐用性。而PDMS做为预留疏液剂，一旦亲水性外型PMC被紫外光(UV) 毁坏，PDMS就可转移到外型修复其超疏水性。由于二氧化钛的引进，超疏水建筑涂料不但具备很强的抗紫外光特性，还具备溶解有机化学污染物质的光催化剂的活性。除开木料，也可用作别的甲基纤维素基原材料，包含过滤纸、纺织物和棉絮。

（a）对照实验（b）PDMS镀层（c）PMC/TiO2镀层（d）双镀层木料的横着电镜轮廓图（e）出液表面张力随外型支撑力变化的平面图

根据外型外貌的观察，发觉PDMS解决后木料外型发生持续光洁的高聚物塑料薄膜。而PMC/TiO2纳米技术一氧化氮合酶喷漆后，木料外型具备较高的外型表面粗糙度。横着电镜图外型，PDMS疏水层薄厚约为10um，PMC/TiO2超疏水镀层薄厚约为5um。水、乙二醇和生抽等5uL出液滴在试品外型后基本上呈球形静止不动。当液态外型支撑力超过30.1mM/m时，液态的表面张力维持在150°。10uL出液的翻转角范畴为5°-17°，翻转角标值在于液态的外型支撑力，翻转角标值随外型支撑力的下降而扩大。

(a,b)过滤纸(c, d)纺织物(e, f)棉絮喷漆前后左右的电镜图

当染液、乙二醇、纯蜂蜜和浓茶等出液滴在改性材料木料、过滤纸、化学纤维和棉絮外型时，出液都能从外型滑掉，沒有环境污染，反映出梦想的耐污和自清理特性。

损坏实验后镀层的表面张力和电镜图

由于PMC作为成膜剂和高聚物黏合剂将纳米颗粒牢固地锚定在外观设计上，PMC保湿乳液与TiO2纳米颗粒给予外型表面粗糙度。在通过1.7Kpa负载下刮擦500cm后，改性材料木料表面张力依然超过150°，翻转角低于10°，外部经济限度上的不光滑构造基本上完备，在损坏后，可以灵巧开展自修补，确保超疏水結果。

（a）PDMS镀层对木料表面张力的危害；（b）自修补功能测试中超疏水外型的表面张力和翻转角变化

当镀层被紫外光直射两小时后，其翻转角大幅度扩大到25°，通过两小时热处理工艺，镀层外型从黏性变成光洁，翻转角仅为7°。在前十次循环系统中，PMC/TiO2超疏水镀层可以修复亲水性情况，表明镀层具备出色的自修补特性。殊不知，在十次循环系统后，镀层翻转角即使不通过热处理工艺依然能维持在10°下列。

以PDMS作下一层的PMC/TiO2超疏水镀层的自学电路原理图

当外型的PMC损害时，捆紧附的亲水性TiO2曝露出去，外型反映出黏性，外型能扩大。开展热处理工艺后，镀层下边的亲水性PDMS分子结构可以挪动，转移到外型并遮盖TiO2，行驶热动力学模型减少外型的活化能。这一转移促使外型的亲水性成分历久弥新获得增选，从而确保疏水性。而PDMS在紫外光直射下无法溶解，确保了低外型能成分的可靠来源于。

（a）超疏水镀层对RhB上色的催化氧化性；（b）改性材料前后左右木料外型在紫外光直射后的色调变化

学者将超疏水镀层泡浸在紫外光直射标准下的RhB上色饱和溶液中开展催化氧化特性测量。实际效果发觉，在紫外光直射60h后，饱和溶液从淡粉色变成没有颜色，溶解率做到94%。由于紫外光直射下电子器件空穴对的造成，从而造成O2⁻、HOO·、·OH等活力氧自由基，做到将RhB分子结构溶解为小分子水和头发颜色官能团的目地。由于引进了TiO2金纳米颗粒，其下边的木料栽培基质可以可免于溶解或掉色。这类机械设备耐久度、自修补、多用途的超疏水木料外型也许能为新式木制原材料行业扩荒新的方式。

全文：Kunkun Tu, Xiaoqing Wang, Lizhuo Kong, Hao Guan, Facile preparation of mechanically durable, self-healing and multifunctional superhydrophobic surfaces on solid wood,Materials & Design, 2018, 140:30-36.

DOI: 10.1016/j.matdes.2017.11.029.

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