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浙江理工大學(xué)鐘齊團隊《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)計性，可廣泛應(yīng)用于體育運動、時尚潮流、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，均會對超纖合成革，尤其是淺色系的，產(chǎn)生嚴(yán)重沾污，進而影響美觀和使用。因此，如何簡單高效地去除污漬成為超纖合成革產(chǎn)業(yè)進一步擴大應(yīng)用所要面對的問題。


  在前期研究中，鐘齊副教授團隊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30 s，無需使用任何清潔劑，油性污漬去除率可達91%，實現(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)生自由基分解有機物的特性，同步實現(xiàn)對水性污漬的有效去除（圖1）。 


圖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，以實現(xiàn)水性/油性污漬全效去除的示意圖。


  為了驗證含g-C3N4復(fù)合溫敏水凝膠涂層的超纖合成革對水性污漬的去除效果，項目團隊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，通過測色儀測色可知，其K/S值為2.89。LED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)照射時間延長至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小時幾乎所有的火龍果汁即可降解去除。在同樣的時間內(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。由于測試時長僅60分鐘，通過延長光照時間，紅酒漬亦可高效清除。 


圖2：含g-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長（0，30，60分鐘）后對不同水性污漬：火龍果汁（左）和紅酒（右）的降解效果照片。


  為了驗證含g-C3N4復(fù)合溫敏水凝膠涂層的超纖合成革在對水性污漬的去除效果提升的同時，仍然具有良好的油性污漬，項目團隊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值變化量僅為0.04，超過94%的含尼羅紅的油污被清除。由此可以印證，項目團隊制備獲得的含g-C3N4復(fù)合溫敏水凝膠涂層的超纖合成革同時對水性和油性污漬均具有良好的去除效果。 


圖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25 ℃去離子水沖洗30秒后（青色）的K/S值相對于初始態(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：52173087、51403186 和 51611130312）的支持。


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

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