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                貴州大學謝蘭教授、秦舒浩研究員及合作者:界面結晶誘導制備超疏水聚乳酸多孔膜
                2020-05-04  來源:高分子科技

                  超疏水材料具有自清潔、非濕潤等特性,在油水分離、防污染、防霧、抗冰等領域用途廣泛。目前,構筑超疏水材料主要有兩種方式:(1)設計表面微納結構;(2)引入低表面能物質。降低表面能一般需要接枝具有低表面能的基團,需要引入含氟等有害物質;而傳統方法設計的表面微-納結構易脫落,且無法實現材料內部疏水特性。


                圖1.  超疏水聚乳酸立構晶復合膜制備過程示意圖。


                  貴州大學謝蘭教授團隊一直從事高性能生物基高分子材料的多層次結構調控及功能化研究,致力于滿足不同領域內對聚合物結構及性能日益增長的需求。針對上述難題,該團隊早期通過調控聚乳酸(PLA)多層次微觀結構(纖維網絡結構、微球結構和多層次微納孔結構),制備了PLA多孔膜用于油水分離(Applied Surface Science, 2018, 462, 633-640)。近期,通過調控PLA結晶動力學和相分離過程,通過構筑多層次的納納凸起結構,進一步制備了具有良好油水分離性能的PLA疏水膜(Applied Surface Science, 2020, 517: 146135)。


                圖2. a1-d1表面微觀結構,a2-d2斷面微觀結構,a3-d3表面的原子力圖片,a1和a2是純PLLA膜,b1-b2,c1-c2,d1-d2分別是右旋聚乳酸(PDLA)含量10%,30%,50%的膜。


                  在前期的研究工作基礎上,該團隊繼續設計了氫鍵作用下引發的聚乳酸立構復合晶(SCs),用于制備具有韌性且超疏水的PLA多孔材料,其制備過程見圖1。有趣的是,通過進一步低溫調控PLA立構復合膜的結晶動力學和相分離過程,成功地在PLA多孔材料表面(圖2b1-d1)和內部骨架結構上(圖2b2-d3)構筑了的微納凸起結構。值得注意的是,當右旋聚乳酸PDLA含量為50%時,不僅成功的制備了SCs膜,還獲得了SCs雙網絡結構(圖2d2)。最終,通過有效調控材料表面與內部的微納結構,PLA立構復合膜展現了超疏水性能(圖3 A),其接觸角達到155°。而且表面經超聲波處理1小時(圖3B),其接觸角仍保持在超疏水水平(151°);甚至經砂紙強烈的摩擦后(圖3C),其疏水性仍然保持優異,接觸角保留在146°。由于氫鍵作用下SCs的形成有效地延長了水滴在膜表面的結冰時間(圖3D,E和F),而且表現為良好的熱絕緣性(圖3I),能夠用于抗結冰、熱絕緣等領域,研究工作以Super-hydrophobic Poly (lactic acid) by Controlling the Hierarchical Structure and Polymorphic Transformation 為題發表在 Chemical Engineering Journal上(DOI:10.1016/j.cej.2020.125297)。


                圖3.A. 樣品的原始接觸角,B.經2小時后的接觸角,C.砂紙摩擦后樣品的接觸角,D.樣品的延遲結冰時間,E, F樣品在0℃、-15℃時的結冰情況,G, H是膜的TG及DTG曲線,I是多孔材料的熱導率。


                  以上論文的第一作者為貴州大學材料與冶金學院博士生孫鑫,通訊作者為謝蘭教授。研究工作得到貴州大學薛白博士、國家復合改性聚合物材料工程中心秦舒浩研究員和浙江大學鄭強教授的支持和幫助。該研究工作得到國家自然科學基金(編號:51763003 和 21604016),貴州省優秀青年科技人才項目(20195665),貴州省拔尖人才項目(編號:20170439178),貴州省研究生創新項目(編號:YJSCXJH(2019) 001)的支持。


                  論文鏈接

                  https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.08.119

                  https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.146135

                  https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.125297


                作者簡介


                  孫鑫,男,山東淄博人,在讀博士研究生,2016年加入謝蘭教授課題組攻讀碩士學位,于2018年提前攻讀博士學位。主要從事聚乳酸表面微觀結構調控及浸潤性研究。2017年獲第十一屆節能減排大賽校賽“一等獎”, 2018年獲得貴州大學研究生新生獎學金,2019年獲得貴州大學研究生“一等獎學金”,同年獲得“第二屆鄭強獎學金”,主持貴州省研究生創新基金2項,主持貴州大學創新基金1項。第一作者在Applied Surface Science, Chemical Engineering Journal等國際期刊發表SCI論文3篇。參加學術會議4次并作口頭報告2次。

                  論文鏈接:Super-hydrophobic Poly (lactic acid) by Controlling the Hierarchical Structure and Polymorphic Transformation

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                (責任編輯:xu)
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