【学术】西南林业大学/凯里学院：室温自修复超疏水涂层！无氟绿色可持续木材保护策略
时间：2025-12-10 09:05 | 涂料驿站
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木材是一种重要的可再生资源，因其低蕴含能量、碳封存能力和优异的机械性能而备受重视。然而，木材在建筑领域的广泛应用受到其天然易吸湿、易受紫外线辐射和容易生物降解等特性的限制。传统的木材防腐方法往往涉及有毒的杀生剂或高能耗处理，这促使人们寻求更加环保的保护策略。
受荷叶表面结构和水黾足部结构的启发，人们开发出了具有强烈防水并促进水滴快速滚落的涂层。这种特性源于微/纳米结构表面与低表面能化学改性的协同作用。这些涂层在基材保护方面具有显著优势，例如能有效防止水分进入、抑制微生物定植和最大限度地减少污染物附着，从而大大延长了户外木质结构的使用寿命。然而，当遭受机械磨损或恶劣环境条件时，传统的超疏水涂层往往表现出有限的耐久性，导致其超疏水性逐渐下降。此外，在复杂多变的户外环境条件下，紫外线诱导的降解也会影响其长期稳定性。
近年来，为了克服这些局限性，研究人员越来越关注自修复超疏水涂层的开发。根据自修复机制的不同，这些涂层通常分为两大类：外援型和本征型。外援型系统利用微胶囊或纳米容器来封装修复剂，当受到机械损伤时，这些修复剂通常由外部刺激（如热或应力）触发释放。释放后，修复剂会迁移到受损区域，并有效地重建超疏水表面。相比之下，本征型自修复涂层依靠具有可逆共价键合或超分子相互作用的动态分子网络，无需外部干预实现自修复。然而，这些自修复策略的实际应用面临多个挑战，包括复杂的制备工艺、昂贵的原材料，这大大提高了生产成本。此外，许多这类机制依赖于外部刺激，如高温，这限制了它们在常温条件下的有效性。因此，开发耐用、无氟且能在常温下自修复的超疏水涂层，对于推动其商业应用至关重要。
近期，西南林业大学解林坤团队、凯里学院蹇玉兰团队成功制备了一种无氟、室温下自主运行的自修复超疏水木材涂层。
通过十八胺（ODA）与甲基三甲氧基硅烷（MTMS）在乙醇中一步共缩合，制得MTMS/ODA涂层。
所制得涂层具有分级的微/纳米结构，实现了超低的表面自由能（约6mJ/m2）和超过155°的水接触角（WCA）。在机械损伤或严重等离子体刻蚀后，该涂层能够在室温下36小时内自发恢复超疏水性。值得注意的是，该涂层表现出优异的自修复循环能力（可循环使用43次），出色的紫外线稳定性（936小时后WCA仍大于140°）以及对中性/碱性介质的耐受性。该涂层通过大幅降低木材吸水率和提高尺寸稳定性，有效延长了木材的使用寿命。
本研究为保护木材提供了一种可扩展、节能且无氟的解决方案，与可持续建筑和绿色材料工程的目标完美契合。
受荷叶表面结构和水黾足部结构的启发，人们开发出了具有强烈防水并促进水滴快速滚落的涂层。这种特性源于微/纳米结构表面与低表面能化学改性的协同作用。这些涂层在基材保护方面具有显著优势，例如能有效防止水分进入、抑制微生物定植和最大限度地减少污染物附着，从而大大延长了户外木质结构的使用寿命。然而，当遭受机械磨损或恶劣环境条件时，传统的超疏水涂层往往表现出有限的耐久性，导致其超疏水性逐渐下降。此外，在复杂多变的户外环境条件下，紫外线诱导的降解也会影响其长期稳定性。
近年来，为了克服这些局限性，研究人员越来越关注自修复超疏水涂层的开发。根据自修复机制的不同，这些涂层通常分为两大类：外援型和本征型。外援型系统利用微胶囊或纳米容器来封装修复剂，当受到机械损伤时，这些修复剂通常由外部刺激（如热或应力）触发释放。释放后，修复剂会迁移到受损区域，并有效地重建超疏水表面。相比之下，本征型自修复涂层依靠具有可逆共价键合或超分子相互作用的动态分子网络，无需外部干预实现自修复。然而，这些自修复策略的实际应用面临多个挑战，包括复杂的制备工艺、昂贵的原材料，这大大提高了生产成本。此外，许多这类机制依赖于外部刺激，如高温，这限制了它们在常温条件下的有效性。因此，开发耐用、无氟且能在常温下自修复的超疏水涂层，对于推动其商业应用至关重要。
近期，西南林业大学解林坤团队、凯里学院蹇玉兰团队成功制备了一种无氟、室温下自主运行的自修复超疏水木材涂层。
通过十八胺（ODA）与甲基三甲氧基硅烷（MTMS）在乙醇中一步共缩合，制得MTMS/ODA涂层。
所制得涂层具有分级的微/纳米结构，实现了超低的表面自由能（约6mJ/m2）和超过155°的水接触角（WCA）。在机械损伤或严重等离子体刻蚀后，该涂层能够在室温下36小时内自发恢复超疏水性。值得注意的是，该涂层表现出优异的自修复循环能力（可循环使用43次），出色的紫外线稳定性（936小时后WCA仍大于140°）以及对中性/碱性介质的耐受性。该涂层通过大幅降低木材吸水率和提高尺寸稳定性，有效延长了木材的使用寿命。
本研究为保护木材提供了一种可扩展、节能且无氟的解决方案，与可持续建筑和绿色材料工程的目标完美契合。
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