海藻糖改性聚乙烯醇及其防雾/防霜涂层

doi:10.7503/cjcu20210060

摘要/Abstract

摘要：

以聚乙烯醇和羧基化海藻糖为原料合成了聚乙烯醇-g-海藻糖(PVA-g-Tre), 将接枝物与少量乙二醇二甲基丙烯酸酯混合, 通过光引发聚合制备了亲水性半互穿网络防雾/防霜涂层. 通过核磁共振氢谱和傅里叶变换红外光谱对PVA-g-Tre的化学结构进行了表征, 利用原子力显微镜、水接触角测试仪、拉曼光谱等分析了涂层表面的粗糙度、润湿性及水与大分子之间的氢键作用, 并考察了涂层的透光性和防雾及防霜性能. 结果表明, 含有不同海藻糖接枝率PVA-g-Tre的涂层表面粗糙度较低且透光率好, 与含有PVA的涂层相比, 引入海藻糖提高了PVA-g-Tre涂层的亲水性和润湿性, 使其同时具有良好的防雾和防霜性能.

关键词: 聚乙烯醇, 海藻糖, 接枝改性, 防雾涂层, 防霜涂层

Abstract:

Trehalose-grafted poly（vinyl alcohol）（PVA-g-Tre） was synthesized from carboxylated trehalose and poly（vinyl alcohol）（PVA）， and the hydrophilic semi-interpenetrating polymer network antifogging/ antifrosting coatings were further prepared from the trehalose-modified polymer with ethylene glycol dimethacrylate via photoinitiated polymerization. The chemical structure of PVA-g-Tre was characterized by proton nuclear magnetic resonance and Fourier transform infrared spectroscopy. The roughness and wettability of the coating surface as well as hydrogen bonding between water and the polymer were analyzed by atomic force microscopy， water contact angle and Raman spectroscopy， respectively. The transmittance， antifogging and antifrosting properties of the coatings were measured. Results showed that the prepared coatings containing PVA-g-Tre with different trehalose-grafting ratios had low surface roughness with high transmittance. Compared with the PVA coating， the PVA-g-Tre coatings exhibited excellent antifogging and antifrosting properties due to the enhanced hydrophilicity and wettability by introduction of trehalose.

Key words: Poly（vinyl alcohol）, Trehalose, Grafted modification, Antifogging coating, Antifrosting coating

中图分类号:

O631

TrendMD:

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图/表 8

Scheme 1 Synthesis of PVA?g?Tre(A) and schematic preparation of the antifogging coating(B)

Fig.1 FTIR(A) and 1H NMR(B) spectra of Tre?COOH, PVA and PVA?g?Tre with different grafting ratios

Fig.2 AFM images over a scope of 10 μm×10 μm of the coatings containing PVA and PVA?g?Tre with different grafting ratios(A) C-PVA, Rq=0.76 nm; (B) C-P1, Rq=2.58 nm; (C) C-P2, Rq=2.94 nm; (D) C-P3, Rq=2.37 nm; (E) C-P4, Rq=2.82 nm; (F) C-P5, Rq=3.45 nm.

Fig.3 Variation of water contact angle on different coating surfaces in 200 sInsets: pictures showing water contaet angle measurement at 200 s.

Fig.4 Transmittance of different samples before(A) and after(B) being stored at -20 ℃ for 45 min, and exposed quickly to a warm and humid surrounding(ca. 20 ℃, 55% relative humidity)

Fig.5 Photographs of the bare glasses and those co?vered with the coatings containing PVA and PVA?g?Tre in different grafting ratios over boiling water(ca. 80 ℃, 100% relative humidity)(A) and exposed quickly at ambient conditions(ca. 20 ℃, 55% relative humidity) after being stored at -20 ℃ for 45 min(B)

Fig.6 Optical images showing the frost formation on the bare glass and those covered with coatings with timeThe samples in 1 cm×1 cm were placed on a cooling stage controlled at -5 ℃， relative humidity of 50%. The time was recorded when the stage temperature cooled to -5 ℃ from room temperature at a rate of 2 ℃/min.

Fig. 7 Raman spectra of water and the diffe?rent coatings containing 3.02 mg/mg water measured at room temperature

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