具有抗变形、环境适应性和阻燃性的超双亲憎液整体分层结构的构建及意义

为解决超双亲憎液和阻燃织物在抗变形性、穿着舒适性和环境适应性方面的局限，四川大学研究人员开展了构建整体分层宏观 / 微观 / 纳米结构的研究。结果显示，该结构能实现优异性能与穿着舒适性的平衡，对防护衣物应用意义重大。

　　在生活中，衣物就像人们的 “第二层皮肤”，不仅要穿得舒服，还要能在各种环境下保护我们。对于在危险环境中工作的产业工人和消防员来说，他们所穿的织物需要具备多种特殊性能。然而，目前大多数织物存在不少问题。比如，大部分织物遇火极易燃烧，这大大增加了使用时的火灾风险；织物还容易被水和油污染，导致外观受损、性能下降；而且，随着应用场景越来越多样化，织物需要能够抵抗紫外线辐射、化学腐蚀、高温、极寒等恶劣环境，但现有的织物很难满足这些要求。

为了解决这些难题，四川大学的研究人员开展了一项重要研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。他们致力于构建一种特殊的整体分层宏观 / 微观 / 纳米结构，以此让织物具备更好的性能。

研究人员在研究过程中，采用了多种关键技术方法。在材料制备方面，通过改进的 St?ber 法制备了氟化二氧化硅（F-SiO₂）纳米颗粒。在涂层制备时，将聚二甲基硅氧烷（PDMS）、F-SiO₂、微尺寸的二乙基次膦酸铝（ADP）颗粒和 1H,1H,2H,2H - 全氟癸基三乙氧基硅烷（PFDTES）等混合制成超双亲憎液和阻燃涂层（SFC），并喷涂在不同的基底上 。此外，还运用了扫描电子显微镜（SEM）、分子动力学（MD）模拟等技术对涂层的结构和性能进行表征与分析。

下面来看看具体的研究结果：

• SFC 涂层的物理化学表征：由于 PDMS 粘合剂的强氢键相互作用和交联能力，F-SiO₂与 ADP 形成微纳米聚集体，在基底上构建出整体分层宏观 / 微观 / 纳米结构。通过改变涂层中各成分的比例（r 值），可以调控涂层表面的微观结构。当 r＞0.8 时，能形成独特的分层表面结构。同时，利用多种分析手段证实了涂层中氢键的存在，以及涂层在基底上均匀沉积。
• 表面润湿性：研究发现，随着 r 值的变化，涂层表面的润湿性会发生改变。当 r 值较低时，表面相对疏水亲油；r 值在一定范围内增加时，转变为超疏水 / 疏油；r 值进一步增大（0.7≤r≤1.0）时，呈现超双亲憎液性，水和食用油的接触角（CAs）均超过 150°。选定 r = 0.8 且 F-SiO₂:ADP = 5:5 的样品进一步研究，发现各种常见液体在该涂层织物表面都能保持球形，涂层基底水下表面呈现银镜现象，表明有气垫存在，且涂层具有超低的水粘附力，水滴在涂层表面能自由弹跳，超双亲憎液性稳定性高。
• 防污、耐热、耐寒和耐化学腐蚀性：得益于超低的水粘附力，涂层棉织物具有出色的防污性能，能轻松去除污染物。在耐热性测试中，沸腾的水无法穿透涂层手套，其表面温度能迅速下降，避免烫伤。在耐化学腐蚀方面，涂层手套能有效抵抗浓硫酸等强腐蚀性液体的侵蚀。在耐寒测试中，涂层织物的结冰延迟时间长，冰粘附强度低，且在低温环境下仍能保持超双亲憎液性。此外，涂层织物还具有良好的阻燃性，遇火能自熄。
• 耐久性、自修复性和穿着舒适性：经过多种耐久性测试，如泰伯磨损、砂纸磨损、洗涤和胶带剥离测试等，发现该涂层表现出优异的机械稳定性。在紫外线（UV）抗性测试中，涂层在长时间 UV 照射后润湿性几乎不变。涂层还具有自修复性，经过多次等离子体处理和加热修复循环后，超双亲憎液性能依然良好。而且，涂层对棉织物的透湿性、弯曲刚度和拉伸强度影响较小，能保证穿着舒适性。
• 抗变形性能：通过 MD 模拟可知，含有交联 PDMS 的涂层（r = 0.8）比未交联的涂层具有更强的抗变形能力。在多种机械变形测试中，如拉伸、压缩和弯曲，涂层在不同基底上都能保持超双亲憎液性，即使经过多次循环变形，涂层的微观纳米结构依然完整。

综上所述，研究人员成功开发出一种具有抗变形、超双亲憎液、阻燃且环境适应性优异的涂层。这种涂层通过控制材料比例构建出特殊结构，能在多种极端条件下保持稳定性能，赋予易燃棉织物自熄性，同时还能较好地保留织物的穿着舒适性。该研究成果在先进功能纺织品和个人防护服装领域具有巨大的应用潜力，为相关产业的发展提供了新的方向和思路，有望显著提升防护衣物的性能，保障在危险环境中工作人群的安全 。