范浩军教授团队：基于碳达峰策略的有机硅合成革涂层技术

点击数：8002022-10-31 00:00:00　来源: CL编辑部

新闻摘要:近日，重点实验室主任范浩军教授和英国华威大学宋立江教授团队利用乙烯基硅油和含氢硅油在热诱导催化体系中原位聚合反应制备出了有机硅聚合物（PDMS）涂层，并与基布复合制备出了有机硅合成革。

       聚氨酯合成革的制造已完成从简单仿形到高度仿真的转变，性能也越来越接近天然皮革，在人们的日常生活中占据着十分重要的地位。但是，聚氨酯合成革产业发展面临着关键原料二异氰酸酯依赖进口、多元醇严重依赖石油资源的共性技术难题的挑战，因此，寻找“替代二异氰酸酯和石油基原料的涂层材料”和新的涂层技术成为合成革行业发展的新趋势。

       基于上述背景，四川大学 范浩军 教授和英国华威大学 宋立江 教授团队利用乙烯基硅油和含氢硅油在热诱导催化体系中原位聚合反应制备出了有机硅聚合物（PDMS）涂层，并与基布复合制备出了有机硅合成革。通过研究体系中各组分对涂膜拉伸强度、断裂伸长率、硬度、耐热性、耐寒性等的影响，获得有机硅聚合物涂层物性的调控方法。

       PDMS聚合物形成机理及涂膜的制备过程如图1所示。

图1 PDMS聚合物的形成机理及涂膜制备流程示意图

沿袭传统的干法合成革制造技术，以离型纸作为载体，采用三涂三烘工艺，来制备有机硅合成革，其工艺流程如图2所示。

图2 有机硅合成革制造流程示意图

对有机硅合成革涂层的低温曲挠性、耐磨性、疏水及防污性等物性进行测试，并与PVC人造革、PU合成革进行了对比，发现有机硅合成革涂层的Tg为-131.8℃，与文献中报道PU合成革涂层的Tg（-35 ℃）、PVC人造革涂层的Tg（-15 ℃）相比，表现出更优异的耐寒性。

图3 有机硅聚合物的DSC曲线

分别在常温（25 ℃）和低温（-20 ℃）下对PDMS合成革、PU合成革及PVC人造革进行6万次常温和低温耐折牢度测试，如图4所示，三类人工革涂层在常温试验下差异不大，但在低温曲挠试验中，PU革和PVC革表面出现了严重的折痕和破损，而PDMS合成革表面几乎看不到损伤。

x-1空白样品；x-2常温测试；x-3低温测试

（x：PDMS、PU、PVC）

图4 三类人工革耐曲挠性测试

通过马丁代尔耐磨法来检测三类人工革涂层的耐磨性能，如图5所示，3种样品经过磨擦试验，表面均出现一定程度的磨损，其中PVC和PU人工革涂层的磨损程度较高、涂层表面破损和掉色现象明显，而有机硅合成革涂层的磨损程度较低、表面纹路依然清晰，显示出更优异的耐磨性能。

a—PDMS；b—PU；c—PVC

图5 三类人工革涂层耐磨性测试

对涂层的疏水性和防污性（油性笔涂鸦）进行了研究，发现有机硅涂层在0 s时（液滴刚滴到涂层表面）水接触角为112.4°，在0~180 s内，水接触角只下降了7.3°（图6），表明有机硅合成革涂层具备优异的疏水性能。

图6 有机硅合成革涂层水接触角随时间变化情况

当油性笔在有机硅合成革涂层表面书写时，墨痕发生明显收缩，干燥后的笔痕用纸巾可轻易去除，表明有机硅合成革涂层具备优异的防污性能。

图7 防污性能测试

我国合成革年产量70亿米，所需聚氨酯涂层材料达200万吨/年。本论文创新性地将有机硅材料应用于合成革的制造，实现了合成革涂层材料以“硅”代“碳”，为制备非异氰酸酯基、非石油基生态合成革提供了新路径，有望解决传统合成革涂层材料对碳基材料的依赖，可助力国家“双碳”战略的实施。同时我国有机硅原料供应链成熟，有机硅原料在地壳中含量丰富，因此，有机硅合成革具备良好的产业化前景。

硕士研究生 王文凯为该论文的第一作者，范浩军 教授为通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金项目（22178238）、浙江省尖兵、领雁重点攻关项目（2022C01190）的资助。

Reference

Organosilicon leather coating technology based on carbon peak strategy 

Wenkai Wang, Haojun Fan*, Lijiang Song, Zhenya Wang, Heng Li, Jun Xiang, Qiang Huang and Xiangquan Chen


文章链接：

https://doi.org/10.1186/s42825-022-00101-7


期刊简介：


Collagen and Leather，原名Journal of Leather Science and Engineering（纸质刊已启用新名称，网络版将于2023年初启用新名称），是在中国科技期刊国际影响力提升计划高起点新刊项目资助下创办的胶原与皮革领域重要学术期刊。由教育部主管，四川大学主办，Springer合作出版，主编为中国工程院院士 四川大学 石碧 教授和英国北安普顿大学 终身名誉教授Anthony Dale Covington。2019年7月创刊，文章篇均引用率超过5.6，目前已被DOAJ和Scopus数据库收录，正在申请进入ESCI、EI、中国科技核心期刊等数据库。


期刊主页：

https://jlse.springeropen.com/


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