应用 | 通过表面改性技术能让我们能挤出最后一滴洗发水

克吕士中国

2022/09/01 11:14

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研究背景

您是否像小编一样，也曾经遇到这些让人头疼的问题：喝酸奶的时候，恨不得自己的舌头长长一点，好伸进圆筒的底部把最后一滴酸奶都舔出来；倒番茄酱的时候，把瓶子摇来晃去，想榨出最后一滴番茄酱；洗发水、沐浴露、洗衣液…… 最后那点残余总会粘在包装瓶壁上，让您穷尽所能怎么也倒不出来，消得人憔悴。

如果不想浪费，那要么得把瓶子倒过来，静静等上好久，要么就只能加水稀释了。现在终于有办法可以解决这些烦恼了。俄亥俄州立大学的研究者开发了一种很简单实用并且低成本的表面处理技术，有了它，塑料瓶子的表面不会再粘附洗发水，即使是最后一滴，也能轻松倒出来。

不只是疏水，更要“疏油”

聚丙烯（PP）是一种常见的聚合物，用于各种消费包装材料中，如洗发水、沐浴露等。因此，疏水和疏油的PP表面是各种工业和消费应用所关注的产品。由于洗护类产品中通常含有表面活性剂，会强烈的附着在包装盒的墙壁上。常见的做法是对PP表面施加超疏水疏油涂层，但是由于界面之间的粘结比较差，这种方法做出来的涂层耐久性比较差。最好直接处理基材表面，并通过增加粗糙度降低表面能，增加PP材料的疏水疏油性能。

实验方法

为了实现这一点，可以用加热至135℃的二甲苯-NP-PP混合物处理PP表面。将该混合物旋涂到PP基材上，得到纳米复合材料聚合物表面，从而实现疏水疏油性能。除此之外，还需要再对表面进行另一道处理：将处理过的聚丙烯进行紫外线辐照，含有高能量的紫外线会将表面的聚丙烯分子链打断并引入羟基、羧基等含氧基团。辐照过的聚丙烯再用含氟硅烷处理，由NP掺入引起的表面粗糙度增强了氟硅烷的表面性质，产生超疏水疏油表面。

图1.处理机理

结果与讨论

以水和正十六烷为例，通过测试接触角和滚动角，来判断材料的疏水疏油性能。

图2. 水和正十六烷在PP基材上的接触角和滚动角

为了优化表面性质，研究了添加不同浓度的NPs对正十六烷在材料表面滚动角的影响。浓度在8-9mg/L时，滚动角最小。

图3. 不同浓度NPs对正十六烷滚动角的影响

图4.洗发水在不同基材表面的行为

为了测试处理前后对洗发水的残留和附着，将洗发剂倒在PP上。处理后的PP表面未见大部分洗发水残留，粘性液体可以在表面滑动。如果洗发水留在在处理后的PP上时间比较久，材料的疏水疏油性能可能会降低。因此目前这项成果可能较为适用于与洗发水或者其他液体接触较少的位置，比如瓶盖或者一次性的应用上。后期需要做更多的工作来提高洗发水在持续接触的情况下材料的疏水疏油性能。

本文有删减，详细请参考原文

Philip S. Brown and Bharat Bhushan. Durable superoleophobic polypropylene surfaces. PHILOSOPHICAL TRANSACTIONS OF ROYAL SOXIETY A,2016.