基于光固化3D打印技术制备超疏水表面的研究

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近年来,超疏水表面因其独特的抗润湿特性,在防水、自清洁、防污、油水分离、液体运输和微反应器等领域具有广泛的应用前景,已成为表面科学的研究热点。然而,传统的2D超疏水涂层构建方法(如浸涂、喷涂、旋涂等)难以适用于复杂的3D物体。3D打印技术具有自由设计的优势,可以完美地将二维疏水表面扩展到三维疏水表面。与其他热固化3D打印技术相比,数字光处理(DLP)3D打印具有精度高、成型快、常温打印等优点,这使得3D打印在功能部件和模具方面具有优势。 本项目以自由基光固化体系为基础,利用DLP 3D打印技术直接构建超疏水三维物体,通过简单的共混制备了一种新型3D打印墨水。墨水中以纳米气相二氧化硅(HFS)和硬脂酰氯改性壳聚糖包覆硫酸钙颗粒(mCS@CSPs)为固体填料,活性稀释剂三缩丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)为单体,环氧丙烯酸酯(EA)为交联剂。通过DLP 3D打印工艺,微米级m-CS@CSP和纳米级HFS成功地在三维物体表面形成了微纳双尺度微观结构,使三维物体表面获得了超疏水效果。结果表明,当墨水中HFS的含量为9wt%,mCS@CSP的含量为10wt%时,3D物体表面在保留树脂机械性能的同时表现出极强的疏水性,3D物体表面的水接触角达到157°,滚动角达到2.67°。此外,还打印了不同形状的3D物体,展示了物体在液体输送和微反应器中的应用。