桂林理工大学:多功能生物基涂层!具有紫外线阻隔、抗氧化、紫外线诱导自修复和化学回收性能
2026-03-02 16:46:16 作者:涂料驿站 来源:涂料驿站 分享至:

 

共价适应性网络(CANs)是一类独特的聚合物网络,其特征是存在动态共价键。这些网络的拓扑结构可通过动态且可逆的键交换反应重新配置,这些反应由热、光、催化剂或pH值变化等外部刺激触发。CANs独特地结合了热固性材料(如尺寸稳定性和耐溶剂性)的优良特性以及与热塑性材料的加工性能。这些源于其交联动态特性的卓越性能,使其具备一系列高级功能。CANs可以回收利用,并且具有重塑、延展性和自修复能力。根据潜在的交换机制,CANs大致可分为两类:解离型和缔合型。在解离型CANs中,键的断裂和重组发生在不同的条件下;正向和逆向反应并非同时进行。典型的例子是Diels-Alder反应。缔合型CANs则通过交换机制同时发生键的断裂和形成。这一过程在整个交换过程中保持了恒定的交联密度,从而保持了网络的结构完整性。类玻璃体材料表现出阿伦尼乌斯型粘度-温度依赖性,类似于二氧化硅等无机玻璃的流动行为,其交联密度在交换过程中保持不变。这些特性使得类玻璃体材料在合成自修复和可再加工的热固性材料方面极具前景。然而,动态键的加入往往会影响网络的热稳定性和机械性能。为了更好地利用类玻璃体材料的潜力,人们开发了各种缔合交换化学物质,包括酯交换、二硫键交换、硼酸酯交换和烯烃复分解。其中,二硫键因其交换活化能低以及对多种刺激(包括热和光)的响应性而尤为引人注目。因此,包含动态二硫键的生物基网络已被合成,并越来越多地应用于自修复涂层,这有助于减少对石油资源的依赖,延长涂层的使用寿命,并促进工业的可持续发展。

生物基二烯丙基二硫(DADS)是一种含有动态二硫键的天然有机化合物。它主要来源于天然大蒜,是大蒜和其他葱属蔬菜的独特风味和香气的主要来源。DADS具有多种生物活性,包括抗菌、抗氧化和抗癌特性,在制药、食品工业和农业领域都有广泛应用。由于其动态二硫键,DADS可以不经改性,直接用于制备生物基玻璃体。然而,基于DADS的玻璃体涂层尚未得到广泛研究。

“点击”化学是一种高效的有机合成策略,其核心概念在于通过简单、可靠且高度选择性的反应快速构建分子结构,这些反应产生的副产物极少,使其特别适用于合成聚合物网络。这种方法能够实现聚合物的精确交联,有助于设计具有可调性能的动态玻璃化物。值得注意的是,典型的“点击”反应因其在固化后的尺寸收缩可以忽略不计,而被广泛用于玻璃化聚合物物固化,从而提高了在涂层和胶粘剂等应用中的性能。至关重要的是,具有两个烯丙基的DADS可以通过“点击”反应直接固化。因此,将DADS的动态二硫键与“点击”化学的空间控制协同整合,有助于生产可回收、自修复的生物基玻璃体涂层。

近期,桂林理工大学曾艳宁团队通过无溶剂的“点击”反应,成功制备了一种新型的生物基玻璃体涂层

使用生物基二烯丙基二硫(DADS)、甘油三缩水甘油醚(GTE)和季戊四醇四(3-硫基丙酸酯)(PETMP)制得一系列生物基玻璃体涂层(DGP-x)。

通过调整DADS/GTE的比例,可以精确调节涂层性能。所制得的涂层具有高透明度、强大的紫外线阻隔能力抗氧化活性(30分钟内清除超过95%的DPPH自由基)、优异的柔韧性(通过1-3mm锥形心轴测试)、强粘附性(高达5B 级)和优异的耐溶剂性(常见溶剂擦拭超过200次)。值得注意的是,该涂层具有紫外线诱导的自修复性能(有效自修复表面划痕),显著延长其使用寿命;在硫醇条件下可降解,实现闭环化学回收,符合绿色化学原则。

本研究为生产高性能多功能涂层提供了一种可持续且可扩展的策略,在先进封装和防护应用方面具有广阔的前景。



DGP网络













通过“点击”反应构建DGP网络



性能比较













DGP与已报道的生物基玻璃体涂层的性能比较


数据来源与出处


 

关研究成果以“Multifunctional bio-based coatings with UV-blocking, antioxidant, UV-induced self-healing, and recycling properties via solvent-free “click” chemistry”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。

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