Permukaan superhidrofobik mempunyai pelbagai aplikasi dalam pelbagai bidang seperti kalis air, anti-kabus, pembersihan diri, rintangan kakisan, anti-aising, dan pengurangan rintangan aliran kerana sifat uniknya. Namun begitu, pengeluaran besar-besaran kos rendah, ketoksikan rendah, mudah digunakan, dan salutan superhidrofobik yang tahan lama kekal sebagai cabaran.
Secara semula jadi, terdapat sejumlah besar bahan kalsium karbonat dengan sifat mekanikal yang unggul dan komponen mudah yang telah mendapat minat yang meluas di kalangan saintis. Berdasarkan penyelidikan mendalam mengenai mekanisme nukleasi dan pertumbuhan kalsium karbonat, peraturan biomineralisasi telah dicapai, yang mempunyai aplikasi luas dalam bidang seperti anti-kotoran, anti-penskalaan, pembersihan diri, dan pemisahan minyak-air.
Banyak kajian telah menunjukkan bahawa tenaga permukaan yang rendah dan struktur kasar adalah faktor utama yang mempengaruhi superhydrophobicity, dan ini sentiasa menjadi topik penyelidikan utama dalam teknologi pengubahsuaian kalsium karbonat. Ringkasnya, arah pengubahsuaian untuk kalsium karbonat adalah untuk mengurangkan tenaga permukaan dan mengekalkan keterserakan, sambil meningkatkan sudut sentuhan untuk memastikan hidrofobisiti.
Apakah jenis kalsium karbonat yang lebih sesuai untuk salutan berfungsi? Bagaimanakah saya boleh mengubah suainya? Apakah hasil sebenar?
Gu Weile et al. mensintesis dua bentuk kristal serbuk kalsium karbonat yang berbeza, yang kemudiannya diadun dengan polidimetilsiloksana tenaga permukaan rendah (PDMS) untuk menyaluti superhidrofobik. salutan. Mereka telah diuji untuk keupayaan membersihkan diri dan rintangan hentaman mereka. Eksperimen telah menunjukkan bahawa apabila dos surfaktan natrium stearat (NaSt) dan natrium oleat (NaOL) ialah 5%, kesan pengubahsuaian dan hidrofobisiti kalsium karbonat adalah yang terbaik. Sudut sentuhan kalsium karbonat jenis aragonit yang diubah suai oleh natrium stearat 5% ialah 127.5 °, dan sudut sentuhan kalsium karbonat jenis kalsit yang diubah suai oleh natrium oleat 5% ialah 115.4 °. Kajian lanjut telah dijalankan ke atas kesan jumlah kalsium karbonat kristal yang berbeza pada hidrofobisiti salutan, dengan sudut sentuhan 151.4 ° dan 153.2 ° untuk salutan kalsium karbonat jenis kalsit dan aragonit, masing-masing. Akhirnya, sifat pembersihan diri dan rintangan hentaman salutan superhidrofobik telah dinilai. Keputusan menunjukkan bahawa selepas ujian impak titisan air 500mL, sudut sentuhan dua salutan superhidrofobik kalsium karbonat kristal kekal melebihi 140 °, mengekalkan hidrofobik yang sangat baik.
Cheng Yuan dan pasukannya menggunakan misai kalsium karbonat (CCW) dan nano kalsium karbonat (CCNPs) sebagai pengisi untuk menyediakan salutan superhidrofobik melalui pengubahsuaian permukaan serbuk, pengoptimuman nisbah salutan, merujuk kepada "lapisan atasan primer", dan kaedah penggilap dalam teknologi pembinaan salutan . Penyelidikan telah menunjukkan bahawa apabila tertakluk kepada 15 kitaran geseran, sudut sentuhan salutan boleh mencapai 153.88 °, dan sudut rolling boleh mencapai 9.20 °. Salutan mempunyai keupayaan pembersihan diri yang sangat baik dan boleh dibaiki dengan mudah.
Substrat apakah yang boleh digunakan salutan berfungsi kalsium karbonat?
Serat
Teknologi salutan basah menggunakan gentian poliamida sisa adalah kaedah utama untuk menyediakan tekstil bersalut seperti pita tenunan tanda dagangan dan juga merupakan cara penting untuk kitar semula fizikal gentian poliamida. Ia mempunyai kos pengeluaran yang rendah dan prestasi produk yang sangat baik. Kalsium karbonat ialah serbuk bukan organik yang murah, tidak toksik dan tidak berbahaya yang biasa digunakan sebagai pengisi dalam teknologi salutan basah gentian sisa poliamida, yang boleh meningkatkan ketebalan, keputihan dan kekuatan salutan permukaan pita tenunan tanda dagangan.
Lei Pengfei et al. menggunakan kaedah sintesis in-situ asid oleik untuk menyediakan pengisi salutan kalsium karbonat untuk salutan basah poliamida. Sudut sentuhan filem salutan berkurangan sebanyak 8.29 °, panjang dakwat kain bersalut berkurangan sebanyak 10.42mm, dan nilai pH kain bersalut menurun kepada 7.27. Penyerapan dakwat telah dipertingkatkan, dan nilai pH lebih selaras dengan piawaian keselamatan tekstil.
Jiang Jikang et al. menggunakan DOPO pengubah suai sintetik untuk mencantumkan kalsium karbonat yang diubah suai, mencapai penyebaran seragam dalam salutan poliamida dengan struktur liang salutan yang jelas dan gebu. pH fabrik bersalut dalam persekitaran lembap ialah 7.02, yang memenuhi keperluan alam sekitar. Masa penyerapan dakwat ialah 89 saat, panjang dakwat ialah 53.4mm, kod bar yang dicetak jelas dan bebas daripada pecah, dan penarafan mencapai tahap A.
Chen Zhijie et al. menggunakan komponen kalis api fosforus silikon dalam pengubah gandingan untuk meningkatkan serakan dan memberikannya fungsi kalis api dengan membina salutan poliamida yang licin dan rata, berliang dan nipis pada fabrik. Penyelidikan telah menunjukkan bahawa kalsium karbonat yang diubah suai mempunyai lipofilisiti yang baik dan fabrik bersalut poliamida 6 mempunyai kesan kalis api yang baik.
konkrit
Teknologi salutan permukaan ialah langkah yang berkesan untuk meningkatkan ketahanan konkrit, dan salutan superhidrofobik dengan sifat kalis air, anti-aising dan pembersihan diri kini merupakan salah satu kawasan tumpuan penyelidikan.
Xu Huafeng et al. menggunakan polidopamin untuk mendorong mineralisasi kalsium karbonat pada permukaan konkrit dan mengurangkan ion perak di situ kepada perak nano, untuk membina struktur kasar komposit nano mikro. Mereka hidrofobik mengubah suai mereka dengan silane tenaga permukaan rendah untuk mendapatkan salutan superhidrofobik biomimetik kalsium karbonat yang difungsikan. Keputusan menunjukkan bahawa dalam kedua-dua persekitaran air laut biasa dan simulasi, isipadu penyerapan air bagi sampel salutan komposit menurun sebanyak 90.3% dan 93.44% berbanding sampel yang tidak dirawat, masing-masing, menunjukkan sifat kalis air dan tidak telap yang baik. Selepas geseran berulang sampel salutan komposit pada permukaan kertas pasir untuk jarak setara 5 meter, sudut sentuhan salutan masih lebih besar daripada 140 °, dengan penurunan hanya 6.87%, menunjukkan rintangan haus yang baik.
Untuk meningkatkan ketahanan anti-karat dan pencemaran bangunan batu pasir luar, Wen Yaping et al. mensintesis salutan asid lemak berasaskan kalsium karbonat yang diubah suai menggunakan kalsium karbonat sebagai bahan asas dan asid lemak sebagai bahan pengubahsuaian hidrofobik melalui tindak balas fasa cecair. Penyelidikan telah menunjukkan bahawa saiz butiran purata asid oktadekanoik diubah suai kalsium karbonat vaterit adalah agak besar (31nm), dan kekasaran permukaan batu pasir sangat berbeza. Sudut hidrofobik boleh mencapai 119 °, tahap rintangan pencemaran ialah 5, dan kadar penyerapan air hanya 1.0%. Berbanding dengan sampel batu pasir yang dirawat salutan yang tidak diubah suai, ia berkesan meningkatkan rintangan pencemaran permukaan batu pasir.
kaca
Yuan Zhiqing et al. membangunkan kaedah yang mudah dan boleh dilaksanakan untuk menyediakan polydimethylsiloxane (PDMS)/CaCO3 berdasarkan salutan superhidrofobik. Salutan yang diperoleh boleh digunakan pada substrat yang berbeza, seperti kertas kraf, slaid kaca, dan plat tembaga. Selepas salutan pada substrat kaca dan pengeringan pada suhu bilik, sudut sentuhan permukaan salutan boleh mencapai 160 °, dan sudut gelongsor kurang daripada 3 °. Ujian ricih menunjukkan bahawa salutan P3 superhydrophobic mempunyai rintangan ricih mekanikal yang tinggi dan lekatan, dan boleh mendapatkan permukaan superhydrophobic yang stabil. Eksperimen luar telah menunjukkan bahawa penyediaan salutan pembersihan diri menggunakan resin silikon dan kalsium karbonat yang diubah suai dengan asid stearik boleh mengekalkan lebih daripada 85% ketelusan panel kaca, dengan sudut sentuhan kira-kira 110 ° dan prestasi anti kabus yang baik. Selepas terdedah di luar rumah selama 4 bulan, prestasi pembersihan diri pada asasnya tidak rosak.
logam
Pada masa ini, tingkah laku pembersihan diri bahan panel dinding amat dibimbangkan, dan tingkah laku pembersihan diri ini biasanya boleh dicapai dengan membina permukaan hidrofobik. Liu Changyang et al. seragam didepositkan lapisan filem kalsium karbonat kira-kira 20 mikron tebal pada permukaan aloi magnesium neodymium, meningkatkan rintangan kakisan aloi dalam cecair liang konkrit simulasi yang mengandungi ion klorida. Penggunaan perfluorodecyltriethoxysilane untuk kimia pengubahsuaian sampel bersalut boleh meningkatkan keupayaan pembersihan diri mereka.
Pada masa ini, terdapat kes aplikasi salutan berfungsi kalsium karbonat dalam banyak bidang seperti pembungkusan, pinggan mangkuk, bahan binaan, bahan mesra alam, tekstil, salutan, farmaseutikal, dll. Dengan peningkatan permintaan untuk pengurangan kos dan peningkatan kecekapan dalam perusahaan, penggunaan salutan fungsi kalsium karbonat akan menjadi semakin meluas pada masa hadapan, dan teknologi aplikasi akan secara beransur-ansur matang.