Superhydrofobe oppervlakken hebben een breed scala aan toepassingen op verschillende gebieden, zoals waterdichting, anticondens, zelfreinigend, corrosieweerstand, anti-ijsvorming en vermindering van de stromingsweerstand vanwege hun unieke eigenschappen. Niettemin blijft het massaal produceren van goedkope, lage toxiciteit, gemakkelijk aan te brengen en duurzame superhydrofobe coatings een uitdaging.
In de natuur zijn er een groot aantal calciumcarbonaatmaterialen met superieure mechanische eigenschappen en eenvoudige componenten die onder wetenschappers wijdverbreide belangstelling hebben gewekt. Op basis van diepgaand onderzoek naar de kiemvormings- en groeimechanismen van calciumcarbonaat is de regulering van biomineralisatie bereikt, die brede toepassingen heeft op gebieden als aangroeiwerende werking, anti-aanslag, zelfreinigend en olie-waterscheiding.
Talrijke onderzoeken hebben aangetoond dat lage oppervlakte-energie en ruwe structuur de belangrijkste factoren zijn die de superhydrofobiciteit beïnvloeden, en dit zijn altijd de belangrijkste onderzoeksonderwerpen geweest in de calciumcarbonaatmodificatietechnologie. Simpel gezegd is de wijzigingsrichting voor calciumcarbonaat het verminderen van de oppervlakte-energie en het behouden van de dispergeerbaarheid, terwijl de contacthoek wordt vergroot om hydrofobiciteit te garanderen.
Welk type calciumcarbonaat is meer geschikt voor functionele coatings? Hoe kan ik het wijzigen? Wat is de daadwerkelijke uitkomst?
Gu Weile et al. synthetiseerde twee verschillende kristalvormen van calciumcarbonaatpoeder, die vervolgens werden gemengd met polydimethylsiloxaan met lage oppervlakte-energie (PDMS) om een superhydrofobe coating te coaten. Ze werden getest op hun zelfreinigend vermogen en slagvastheid. Experimenten hebben aangetoond dat wanneer de dosering van natriumstearaat (NaSt) en natriumoleaat (NaOL) oppervlakteactieve stoffen 5% is, het modificatie-effect en de hydrofobiciteit van calciumcarbonaat het beste zijn. De contacthoek van calciumcarbonaat van het aragoniettype gemodificeerd door 5% natriumstearaat is 127,5 °, en de contacthoek van calciumcarbonaat van het calciettype gemodificeerd door 5% natriumoleaat is 115,4 °. Verder onderzoek werd uitgevoerd naar het effect van verschillende hoeveelheden kristallijn calciumcarbonaat op de hydrofobiciteit van coatings, met contacthoeken van respectievelijk 151,4 ° en 153,2 ° voor calciumcarbonaatcoatings van het calciet- en aragoniet-type. Tenslotte werden de zelfreinigende en slagvaste eigenschappen van superhydrofobe coatings geëvalueerd. De resultaten toonden aan dat na een impacttest met waterdruppels van 500 ml de contacthoek van de twee superhydrofobe kristallijne calciumcarbonaatcoatings boven de 140 ° bleef, waarbij de uitstekende hydrofobiciteit behouden bleef.
Cheng Yuan en zijn team gebruikten calciumcarbonaatwhiskers (CCW's) en nanocalciumcarbonaat (CCNP's) als vulstoffen om superhydrofobe coatings te bereiden door middel van poederoppervlakmodificatie, optimalisatie van de coatingverhouding, verwijzing naar de "primer topcoat" en polijstmethoden in de coatingconstructietechnologie . Onderzoek heeft aangetoond dat bij blootstelling aan 15 wrijvingscycli de contacthoek van de coating 153,88 ° kan bereiken en de rolhoek 9,20 °. De coating heeft uitstekende zelfreinigende eigenschappen en is eenvoudig te repareren.
Op welke substraten kunnen functionele calciumcarbonaatcoatings worden aangebracht?
Vezel
De natte coatingtechnologie waarbij gebruik wordt gemaakt van afvalpolyamidevezels is de belangrijkste methode voor het bereiden van gecoat textiel, zoals geweven tapes, en is ook een belangrijke manier voor de fysieke recycling van polyamidevezels. Het heeft lage productiekosten en uitstekende productprestaties. Calciumcarbonaat is een goedkoop, niet-giftig en onschadelijk anorganisch poeder dat gewoonlijk wordt gebruikt als vulmiddel in de natte coatingtechnologie van afvalvezels van polyamide, dat de dikte, witheid en sterkte van de oppervlaktecoating van geweven tapes kan verbeteren.
Lei Pengfei et al. gebruikte in-situ synthesemethode van oliezuur om calciumcarbonaatcoatingvulmiddel voor natte coating van polyamide te bereiden. De contacthoek van de coatingfilm nam af met 8,29 °, de inktlengte van het gecoate weefsel nam af met 10,42 mm en de pH-waarde van het gecoate weefsel daalde tot 7,27. De inktopname werd verbeterd en de pH-waarde kwam beter overeen met de veiligheidsnormen voor textiel.
Jiang Jikang et al. gebruikte een synthetische modificator DOPO om gemodificeerd calciumcarbonaat te enten, waardoor een uniforme dispersie werd bereikt in polyamidecoatings met heldere en donzige coatingporiestructuren. De pH van het gecoate weefsel in een vochtige omgeving bedraagt 7,02, wat voldoet aan de milieueisen. De inktabsorptietijd is 89 seconden, de inktlengte is 53,4 mm, de afgedrukte barcode is helder en breukvrij en de beoordeling bereikt een A-niveau.
Chen Zhijie et al. gebruikte siliciumfosfor vlamvertragende componenten in koppelingsmodificatoren om de dispersie te verbeteren en deze een vlamvertragende functie te geven door een gladde en vlakke, poreuze en dunne polyamidecoating op de stof aan te brengen. Onderzoek heeft aangetoond dat gemodificeerd calciumcarbonaat een goede lipofiliteit heeft en dat het met polyamide 6 gecoate weefsel een goed vlamvertragend effect heeft.
Concreet
Oppervlaktecoatingtechnologie is een effectieve maatregel om de duurzaamheid van beton te verbeteren, en superhydrofobe coatings met waterdichte, anti-ijsvorming en zelfreinigende eigenschappen zijn momenteel een van de onderzoekshotspots.
Xu Huafeng et al. gebruikte polydopamine om calciumcarbonaatmineralisatie op het oppervlak van beton te induceren en zilverionen in situ te reduceren tot nanozilver, om ruwe micro-nanocomposietstructuren te construeren. Ze hebben ze hydrofoob gemodificeerd met silaan met lage oppervlakte-energie om gefunctionaliseerde biomimetische superhydrofobe coatings van calciumcarbonaat te verkrijgen. De resultaten toonden aan dat in zowel normale als gesimuleerde zeewateromgevingen het volume van de waterabsorptie van de composietcoatingmonsters met respectievelijk 90,3% en 93,44% daalde in vergelijking met onbehandelde monsters, wat goede waterdichte en ondoordringbare eigenschappen aantoont. Na herhaalde wrijving van het composietcoatingmonster op het schuurpapieroppervlak over een equivalente afstand van 5 meter, is de contacthoek van de coating nog steeds groter dan 140 °, met een afname van slechts 6,87%, wat een goede slijtvastheid aantoont.
Om de weerstand tegen corrosie en vervuiling van zandstenen buitengebouwen te verbeteren, hebben Wen Yaping et al. synthetiseerde een op calciumcarbonaat gebaseerde vetzuurgemodificeerde coating met behulp van calciumcarbonaat als basismateriaal en vetzuren als hydrofobe modificatiematerialen door middel van een vloeistoffasereactie. Onderzoek heeft aangetoond dat de gemiddelde korrelgrootte van met octadecaanzuur gemodificeerd vaterietcalciumcarbonaat relatief groot is (31 nm), en dat de oppervlakteruwheid van zandsteen sterk varieert. De hydrofobe hoek kan 119 ° bereiken, het niveau van vervuilingsweerstand is 5 en de waterabsorptiesnelheid is slechts 1,0%. Vergeleken met ongemodificeerde, met een coating behandelde zandsteenmonsters verbetert het effectief de weerstand tegen oppervlaktevervuiling van zandsteen.
Glas
Yuan Zhiqing et al. ontwikkelde een eenvoudige en haalbare methode voor het bereiden van polydimethylsiloxaan (PDMS)/CaCO3 op basis van superhydrofobe coatings. De verkregen coating kan op verschillende substraten worden aangebracht, zoals kraftpapier, glasplaatjes en koperplaten. Na het coaten op een glazen substraat en drogen bij kamertemperatuur kan de contacthoek van het coatingoppervlak 160 ° bereiken en is de glijhoek minder dan 3 °. De afschuiftest toont aan dat de superhydrofobe P3-coating een hoge mechanische schuifweerstand en hechting heeft en een stabiel superhydrofoob oppervlak kan verkrijgen. Experimenten buitenshuis hebben aangetoond dat de bereiding van zelfreinigende coatings met behulp van siliconenhars en calciumcarbonaat gemodificeerd met stearinezuur meer dan 85% van de transparantie van glaspanelen kan behouden, met een contacthoek van ongeveer 110 ° en goede anticondensprestaties. Na 4 maanden buitengebruik is de zelfreinigende werking in principe niet aangetast.
Metaal
Momenteel is het zelfreinigende gedrag van wandpaneelmaterialen zeer zorgwekkend, en dit zelfreinigende gedrag kan meestal worden bereikt door hydrofobe oppervlakken te construeren. Liu Changyang et al. heeft gelijkmatig een laag calciumcarbonaatfilm van ongeveer 20 micron dik op het oppervlak van de magnesiumneodymiumlegering afgezet, waardoor de corrosieweerstand van de legering in gesimuleerde betonporiënvloeistoffen die chloride-ionen bevatten wordt verbeterd. Het gebruik van perfluordecyltriethoxysilaan voor chemische modificatie van gecoate monsters kan hun zelfreinigend vermogen vergroten.
Momenteel zijn er toepassingsgevallen geweest van functionele calciumcarbonaatcoatings op veel gebieden, zoals verpakkingen, tafelgerei, bouwmaterialen, milieuvriendelijke materialen, textiel, coatings, farmaceutische producten, enz. Met de toenemende vraag naar kostenreductie en efficiëntieverbetering in ondernemingen, de toepassing van functionele calciumcarbonaatcoatings zal in de toekomst steeds wijdverspreider worden en de applicatietechnologie zal geleidelijk volwassen worden.
