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化工原料常见问题

聚乙烯吡咯烷酮耐磨、持久的防雾涂层设计

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研究背景


● 聚合物涂料具有易于制造、加工、重量轻、可应用于塑料基材和成本更低等优点,非常适合开发耐用、长期的防雾涂料。


● 聚合物涂层在磨损过程中的机械耐久性可以用拉特纳-兰开斯特关系来描述,表明聚合物磨损系数与界面摩擦系数成正比,与薄膜硬度、拉伸断裂时的应变和应力成反比。因此,增加涂层硬度、拉伸应力和断裂应变并降低表面摩擦系数可以提高聚合物的耐磨性。


● 亲水性防雾涂层的设计存在两个主要挑战:首先,亲水性聚合物往往具有较窄的混溶性范围,限制了可用于提高其硬度和拉伸性能的添加剂的数量;其次,亲水性防雾聚合物涂料的高表面能本身就会导致高附着力,从而导致高摩擦系数。尽管已经进行了多次尝试来设计耐磨聚合物防雾涂层,到目前为止,还不可能同时克服这两个材料设计挑战。


研究思路


探索耐用聚合物防雾涂层的系统设计和制造,使这些涂层同时表现出高表面硬度、应力、断裂应变和低摩擦系数。这些涂料是利用交联聚乙烯吡咯烷酮(PVP)基质制成的,该基质用两种关键添加剂改性,可同时提高防雾性能和机械耐久性。还开发了1种简单的两步喷涂工艺,将这些涂层涂覆到各种塑料表面上,这种制造工艺可以很容易地扩大规模,开发的涂层在防止起雾方面非常有效。


主要结论


● 基于聚乙烯吡咯烷酮的涂料基于经典的Ratner-Lancaster磨损模型设计设计了不同的耐磨防雾涂层,其性能大大优于基础聚合物以及所有经过测试的市售防雾涂料。与基础聚合物相比,这些涂层的雾化时间增加了400%,耐磨性提高了50,000%,并且具有出色的长期防雾性能。


● 研究了HLB值和利用汉森溶解度参数(S*)的独特混溶系数,作为提高防雾性能和涂层耐久性的标准。结果表明摩擦减少与添加剂HLB值和S*无关,而光学清晰度和防雾能力可以分别通过较低的S*和较高的HLB值来提高。


● 优化的PVP防雾涂层具有连续的防雾性能和很强的耐磨性,在防雾性能、耐磨性和长期循环性能方面明显优于所有经过测试的市售防雾涂层。


应用前景


● 将增韧剂和亲水性防滑剂加入现有的亲水性防雾聚合物中,为开发高性能、耐用的防雾涂料提供了新的策略。

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