基于ZIF-8/木蜡油复合涂层构建超疏水自清洁竹基工程材料的创新研究及其在户外防护中的应用价值

本研究创新性地利用金属有机框架材料（ZIF-8）与木蜡油（WO）协同作用，在竹基材料（BS）表面构建了具有超疏水（接触角161.4°）、自清洁（除尘效率90.91%）和耐候性的复合涂层。通过全氟辛基三乙氧基硅烷（POTS）改性增强稳定性，涂层经老化测试后仍保持超疏水特性，防霉等级从3级提升至0级，变色等级从4级改善至1级，显著延长竹材在户外恶劣环境中的使用寿命。

　　

Highlight

该研究通过木蜡油（WO）与经全氟辛基三乙氧基硅烷（POTS）改性的沸石咪唑酯框架-8（ZIF-8）纳米颗粒的介导作用，在竹基材料（BS）表面成功构建了ZIF-8/POTS/WO/BS复合涂层。该涂层表现出卓越的超疏水特性，水接触角达到161.4°，老化测试后接触角仅下降6.51%，证明其持久超疏水性。防霉防腐测试显示，涂层使竹材变色等级从4级提升至1级，感染等级从3级降至0级。涂层表面具有纳米级粗糙度（表面能2.94 mJ/m2）和90.91%的除尘效率，实现自清洁功能。表面形成的空气层阻隔水分和微生物直接接触，同时ZIF-8释放的Zn2?离子和2-甲基咪唑破坏微生物离子平衡，产生双重协同抗真菌效应。

Materials and chemicals

竹基材料购自中国鸿亚竹元科技公司，密度约1.0–1.2 g/cm3，气干含水率9%–12。卡努巴蜡、松节油、2-甲基咪唑（C?H?N?）、六水合硝酸锌（Zn(NO?)?·6H?O）、无水甲醇（CH?OH）及全氟辛基三乙氧基硅烷（POTS）等试剂均来自麦克林生化公司。

Micromorphology

扫描电镜（SEM）图像显示ZIF-8分布均匀，呈现典型多面体晶体结构（图2a）。与ZIF-8/POTS颗粒对比发现（图2b），POTS薄膜包覆在ZIF-8表面，内部晶体结构保持完整，证实POTS成功修饰而未破坏ZIF-8框架。

Conclusions

本研究通过木蜡油介导在竹材表面构建ZIF-8/POTS复合涂层，水接触角增至161.4°，除尘效率达90.91%，实现超疏水与自清洁功能。相比未涂层基材，复合涂层的变色和感染等级显著改善，表面能降至2.94 mJ/m2。涂层表面空气层阻隔水分和微生物，ZIF-8释放的Zn2?和2-甲基咪唑通过破坏微生物离子平衡实现双重抗菌效应。该研究为MOFs与木蜡油在竹材防护领域的应用提供新策略。