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四川大学:皮革多功能自修复水性聚氨酯涂层

2024-03-26

来源:涂料驿站

作者:

皮革以其华丽时尚的外观、柔软细腻的手感、卓越的穿着舒适度而广受青睐。水性聚氨酯(WPU)作为涂饰剂在皮革精加工过程中被广泛使用。然而,WPU涂层在使用过程中会难以避免地会出现划痕、微裂纹等,削弱其保护功能并影响美观。为了提高皮革WPU涂层的耐用性和可靠性,需要水性聚氨酯同时具有较好的机械性能和室温下的自修复性能。因此,研究人员设想将双动态交联相互作用纳入聚合物网络中,其中较强的动态键用以固定网络结构,提供足够的机械鲁棒性,而弱的动态键则充当可逆的牺牲键,赋予聚合物良好的韧性和自愈性能。但是,迄今为止,仍然缺乏在WPU基体中构建动态交联网络以平衡室温下的机械鲁棒性和愈合性能的有效方式。近期,四川大学金勇团队合成了一种集快速室温自修复能力、高机械性能、抗菌活性和光致发光特性于一体的新型水性聚氨酯(ZIWPU),其具有优异的光致发光功能,可用于防伪,并有效防止皮革涂层中的裂纹扩展:

通过不对称聚脲结构和Zn2+-羧酸配位键形成的多个氢键的双动态交联网络协同效应,ZIWPU薄膜表现出优异的机械性能(拉伸强度为34.36 MPa,韧性为107.21 MJ/m3)和快速室温自修复能力(10 h内修复率>85 %)。由于锌离子的作用,ZIWPU表现出优异的抗菌能力,对大肠杆菌的抗菌率为97.2%,对金黄色葡萄球菌的抗菌率为98.5%。碳点(CD)的引入则使其具有优异的光致发光功能,可用于防伪,并有效防止皮革涂层中的裂纹扩展。


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aZIWPU薄膜制示意图

(a)通过异佛尔酮二胺(IPDA)的后扩链反应将聚脲结构引入聚氨酯骨架中合成IWPU;(b)将锌氨络合物([Zn(NH3)4]2+)缓冲溶液添加到IWPU乳液中并充分混合以制备ZIWPU乳液。在成膜过程中,随着氨的挥发,释放出游离的锌离子与聚氨酯链上的羧基配位,而不对称的脲基团可以形成多个氢键。

性能评价

(a)IWPU2和ZIWPUy拉伸强度;(b)愈合后ZIWPU2样品的拉伸强度;(c)NWPU、IWPU2、ZIWPU1和ZIWPU2薄膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能;(d)涂层皮革在自然光和紫外光下的图像及其裂纹诊断功能。


数据来源与出处



相关研究成果发表在最新一期的《Progress in Organic Coatings》上。



责任编辑人:王宵宵

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