在此基础上，陕西科技大学物理功能材料团队尤翔宇副教授、生物质与功能材料研究所张慧杰副教授、浙江大学饶平副研究员利用疏水性木质素的自组装行为和亲水性聚合物在溶剂蒸发过程中形成简单的室温干燥和溶胀过程，构建具有Janus结构的水凝胶涂层。其中，Janus结构底部的疏水性木质素积累区凭借致密的范德华力与材料表面形成较强的界面附着力，而亲水性聚合物则在顶部膨胀形成亲水表面。一方面，疏水性木质素的致密区域使水凝胶涂层具有高强度和韧性；另一方面可以有效限制水凝胶涂层在水中的溶胀，从而形成约8微米的超薄水凝胶涂层。此外，致密的范德华力与基材建立界面结合力，使得水凝胶涂层对各种基材（如玻璃、聚四氟乙烯（PTFE）、金属、橡胶等）具有高效的附着力。 Janus 结构顶部的亲水网状线形成水合层，提高涂层的润滑和防污性能。此外，水凝胶涂层在水和盐溶液中表现出高稳定性、紫外线屏蔽性能以及使用后可去除和回收的能力。同时，水凝胶涂料在应用过程中不涉及材料表面改性或水凝胶聚合过程。具有施工工艺简单、施工方法多样、可施工大面积等特点。这些特性使得木质素水凝胶涂料在生物医学、船体防污、紫外线防护等领域具有广阔的应用前景。
图1 木质素基水凝胶涂料的合成工艺及结构。
图2 木质素基水凝胶薄膜的形成和机械性能。
图3 木质素基水凝胶涂层的最小厚度和附着力性能
图4 Janus结构及润滑防污性能
图5 稳定性和紫外线阻隔性能
图6 不同材料表面采用不同施工方法的水凝胶涂料的回收性能
相关研究成果以“-based with by”（DOI: 10.1002/adfm.）为题发表在国际顶级期刊上。陕西科技大学硕士生刘轩和陕西科技大学张慧杰副教授为该论文的共同作者。陕西科技大学尤翔宇副教授、张慧杰副教授和浙江大学饶平副研究员为该论文的通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委和陕西省重点研发计划项目的资助。
