Дзякуючы сваім унікальным уласцівасцям супергідрафобныя паверхні маюць шырокі спектр прымянення ў розных галінах, такіх як гідраізаляцыя, запацяваннем, самаачышчэнне, устойлівасць да карозіі, супраць абледзянення і памяншэнне супраціву цячэнню. Тым не менш масавая вытворчасць недарагіх, малатаксічных, простых у нанясенні і трывалых супергідрафобных пакрыццяў застаецца праблемай.
У прыродзе існуе велізарная колькасць матэрыялаў з карбанату кальцыя з выдатнымі механічнымі ўласцівасцямі і простымі кампанентамі, якія выклікалі шырокую цікавасць навукоўцаў. На падставе глыбокіх даследаванняў механізмаў зараджэння і росту карбанату кальцыя было дасягнута рэгуляванне біямінералізацыі, якое мае шырокае прымяненне ў такіх галінах, як барацьба з абрастаннем, прадухіленне накіпу, самаачышчэнне і аддзяленне алею і вады.
Шматлікія даследаванні паказалі, што нізкая павярхоўная энергія і шурпатая структура з'яўляюцца асноўнымі фактарамі, якія ўплываюць на супергідрафобнасць, і яны заўсёды былі асноўнымі тэмамі даследаванняў у тэхналогіі мадыфікацыі карбанату кальцыя. Прасцей кажучы, кірунак мадыфікацыі карбанату кальцыя заключаецца ў памяншэнні павярхоўнай энергіі і падтрыманні дысперснасці, адначасова павялічваючы кут кантакту для забеспячэння гідрафобнасці.
Які тып карбанату кальцыя больш падыходзіць для функцыянальных пакрыццяў? Як я магу гэта змяніць? Які рэальны вынік?
Гу Вэйле і інш. сінтэзавалі дзве розныя крышталічныя формы парашка карбанату кальцыя, якія затым былі змешаны з полідыметылаксанам з нізкай павярхоўнай энергіяй (PDMS) для пакрыцця супергідрафобнага пакрыццё. Іх правяралі на здольнасць да самаачышчэння і ўдаратрываласць. Эксперыменты паказалі, што калі дазавання павярхоўна-актыўных рэчываў стеарат натрыю (NaSt) і олеат натрыю (NaOL) складае 5%, эфект мадыфікацыі і гідрафобнасць карбанату кальцыя найлепшыя. Кантактны кут карбанату кальцыя тыпу арагонита, мадыфікаванага стеаратом натрыю 5%, складае 127,5 °, а кут кантакту карбанату кальцыя тыпу кальцыту, мадыфікаванага олеатам натрыю 5%, складае 115,4 °. Былі праведзены далейшыя даследаванні ўплыву розных колькасцяў крышталічнага карбанату кальцыя на гідрафобнасць пакрыццяў з вугламі кантакту 151,4 ° і 153,2 ° для пакрыццяў з карбанату кальцыю з кальцыту і арагоніта адпаведна. Нарэшце, былі ацэнены ўласцівасці супергідрафобных пакрыццяў да самаачышчэння і ўдаратрываласці. Вынікі паказалі, што пасля выпрабавання на ўдар кроплі вады аб'ёмам 500 мл кут судакранання двух супергідрафобных пакрыццяў з крышталічнага карбанату кальцыя заставаўся вышэй за 140 °, захоўваючы выдатную гідрафобнасць.
Чэн Юань і яго каманда выкарыстоўвалі вусы карбанату кальцыя (CCW) і нанакарбанат кальцыя (CCNP) у якасці напаўняльнікаў для падрыхтоўкі супергідрафобных пакрыццяў шляхам мадыфікацыі паверхні парашка, аптымізацыі суадносін пакрыцця, спасылкі на «грунтовачнае верхняе пакрыццё» і метадаў паліроўкі ў тэхналогіі вырабу пакрыццяў. . Даследаванне паказала, што пры 15 цыклах трэння кут кантакту пакрыцця можа дасягаць 153,88 °, а кут качэння - 9,20 °. Пакрыццё валодае выдатнымі здольнасцямі да самаачышчэння і лёгка рамантуецца.
На якія асновы можна наносіць функцыянальныя пакрыцця з карбанату кальцыя?
Абалоніна
Тэхналогія мокрага пакрыцця з выкарыстаннем адходаў поліамідных валокнаў з'яўляецца асноўным метадам падрыхтоўкі тэкстыльных вырабаў з пакрыццём, такіх як тканыя стужкі гандлёвай маркі, а таксама з'яўляецца важным спосабам фізічнай перапрацоўкі поліамідных валокнаў. Ён мае нізкія вытворчыя выдаткі і выдатныя характарыстыкі прадукту. Карбанат кальцыя - гэта танны, нетоксичный і бясшкодны неарганічны парашок, які звычайна выкарыстоўваецца ў якасці напаўняльніка ў тэхналогіі мокрага пакрыцця валокнаў з адходаў поліаміду, які можа павялічыць таўшчыню, беласць і трываласць павярхоўнага пакрыцця тканых стужак гандлёвай маркі.
Лэй Пэнфэй і інш. выкарыстаў метад сінтэзу алеінавай кіслаты на месцы для падрыхтоўкі напаўняльніка пакрыцця з карбанату кальцыя для поліаміднага вільготнага пакрыцця. Вугал кантакту плёнкі з пакрыццём зменшыўся на 8,29 °, даўжыня чарнілаў тканіны з пакрыццём паменшылася на 10,42 мм, а значэнне pH тканіны з пакрыццём знізілася да 7,27. Убіранне чарнілаў палепшылася, а значэнне pH больш адпавядала стандартам бяспекі тэкстылю.
Цзян Цзыкан і інш. выкарыстаў сінтэтычны мадыфікатар DOPO для прышчэпкі мадыфікаванага карбанату кальцыя, дасягнуўшы раўнамернай дысперсіі ў поліамідных пакрыццях з празрыстай і пухнатай поравай структурай пакрыцця. pH тканіны з пакрыццём у вільготным асяроддзі складае 7,02, што адпавядае экалагічным патрабаванням. Час паглынання чарнілаў складае 89 секунд, даўжыня чарнілаў складае 53,4 мм, надрукаваны штрых-код выразны і не пашкоджваецца, а рэйтынг дасягае ўзроўню A.
Чэнь Чжыцзе і інш. выкарыстоўвалі крэмній-фосфарныя вогнеахоўныя кампаненты ў мадыфікатары злучэння, каб палепшыць дысперсію і надаць ёй антыпірэнную функцыю шляхам стварэння гладкага і плоскага, порыстага і тонкага поліаміднага пакрыцця на тканіне. Даследаванні паказалі, што мадыфікаваны карбанат кальцыя валодае добрай ліпафільнасцю, а тканіна з пакрыццём з поліаміду 6 валодае добрым антыпірэнам.
Бетонныя
Тэхналогія пакрыцця паверхні з'яўляецца эфектыўнай мерай для павышэння даўгавечнасці бетону, і супергідрафобныя пакрыцця з воданепранікальнымі, антыабледзяняльнымі і самаачышчальнымі ўласцівасцямі ў цяперашні час з'яўляюцца адной з гарачых кропак даследаванняў.
Сюй Хуафэн і інш. выкарыстаў полідафамін для індукцыі мінералізацыі карбанату кальцыя на паверхні бетону і аднаўлення іёнаў срэбра in situ да нана-срэбра, каб пабудаваць мікрананакампазітныя шурпатыя структуры. Яны гідрафобна мадыфікавалі іх сіланам з нізкай павярхоўнай энергіяй для атрымання функцыяналізаваных біяміметычных супергідрафобных пакрыццяў карбанатам кальцыя. Вынікі паказалі, што як у звычайным, так і ў мадэляваным асяроддзі з марской вадой аб'ём водапаглынання ўзораў кампазітнага пакрыцця знізіўся на 90,3% і 93,44% у параўнанні з неапрацаванымі ўзорамі адпаведна, дэманструючы добрыя воданепранікальныя і непранікальныя ўласцівасці. Пасля шматразовага трэння ўзору кампазітнага пакрыцця аб паверхню наждачнай паперы на эквівалентнай адлегласці 5 метраў кут кантакту пакрыцця па-ранейшаму перавышае 140 °, з памяншэннем толькі на 6,87%, што дэманструе добрую зносаўстойлівасць.
Каб палепшыць антыкаразійную ўстойлівасць і ўстойлівасць да забруджвання будынкаў з пяшчаніку на адкрытым паветры, Wen Yaping і інш. сінтэзаваў пакрыццё, мадыфікаванае тоўстымі кіслотамі на аснове карбанату кальцыя, выкарыстоўваючы карбанат кальцыя ў якасці асноўнага матэрыялу і тоўстыя кіслоты ў якасці гідрафобных матэрыялаў мадыфікацыі праз вадкасную рэакцыю. Даследаванне паказала, што сярэдні памер збожжа карбанату кальцыя ватэрыта, мадыфікаванага актадэканавай кіслатой, адносна вялікі (31 нм), а шурпатасць паверхні пяшчаніку моцна адрозніваецца. Гідрафобны кут можа дасягаць 119 °, узровень устойлівасці да забруджвання - 5, а каэфіцыент водапаглынання - усяго 1,0%. У параўнанні з узорамі пяшчаніку, апрацаванымі немадыфікаваным пакрыццём, гэта эфектыўна паляпшае ўстойлівасць паверхні пяшчаніку да забруджвання.
Шкло
Юань Чжыцын і інш. распрацаваў просты і магчымы метад атрымання полидиметилсилоксана (PDMS)/CaCO3 на аснове супергідрафобных пакрыццяў. Атрыманае пакрыццё можна наносіць на розныя падкладкі, такія як крафт-папера, прадметныя шкла і медныя пласціны. Пасля нанясення пакрыцця на шкляную падкладку і сушкі пры пакаёвай тэмпературы кут кантакту паверхні пакрыцця можа дасягаць 160 °, а кут слізгацення - менш за 3 °. Выпрабаванне на зрух паказвае, што супергідрафобнае пакрыццё P3 мае высокую механічную ўстойлівасць да зруху і адгезію, і можа атрымаць стабільную супергідрафобную паверхню. Эксперыменты на адкрытым паветры паказалі, што падрыхтоўка самаачышчальных пакрыццяў з выкарыстаннем сіліконавай смалы і карбанату кальцыя, мадыфікаванага сцеарынавай кіслатой, можа захаваць больш за 85% празрыстасці шкляных панэляў з вуглом кантакту каля 110° і добрымі характарыстыкамі супраць запацявання. Пасля знаходжання на адкрытым паветры на працягу 4 месяцаў характарыстыкі самаачышчэння практычна не пашкоджваюцца.
Метал
У цяперашні час самаачышчэнне матэрыялаў сценавых панэляў выклікае вялікую заклапочанасць, і гэтага самаачышчэння звычайна можна дасягнуць шляхам стварэння гідрафобных паверхняў. Лю Чан'ян і інш. раўнамерна нанесены пласт карбанатнай плёнкі кальцыя таўшчынёй каля 20 мікрон на паверхню магніева-неадымавага сплаву, паляпшаючы каразійную ўстойлівасць сплаву ў імітаваных поравых вадкасцях бетону, якія змяшчаюць іёны хларыду. Выкарыстанне перфтордецилтриэтоксисилана для хімічны мадыфікацыя ўзораў з пакрыццём можа павысіць іх здольнасць да самаачышчэння.
У цяперашні час ёсць выпадкі прымянення функцыянальных пакрыццяў з карбанату кальцыя ў многіх галінах, такіх як упакоўка, посуд, будаўнічыя матэрыялы, экалагічна чыстыя матэрыялы, тэкстыль, пакрыцця, фармацэўтычныя прэпараты і г.д. З ростам попыту на зніжэнне выдаткаў і павышэнне эфектыўнасці на прадпрыемствах, прымяненне карбанату кальцыя функцыянальных пакрыццяў будзе набываць усё большае распаўсюджванне ў будучыні, і тэхналогія нанясення будзе паступова саспець.