Beetle-Exoskeleton-Inspired Fluorine-Free PDA/Chitosan–SiO 2 /PDMS Coating for Cotton: Durable Self-Cleaning, Self-Healing, Antibacterial Activity, and Oil–Water Separation

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作者
Rongdi Wu,Jitong Han,Weichao Chen,Xin Yu,Ruixin Gao,Chunming Zhang
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:13 (45): 19871-19887 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.5c09590
摘要

A biomimetic, fluorine-free, three-layer aqueous coating for cotton─composed of an Fe2+/Cu2+-catalyzed polydopamine (PDA) primer, a chitosan–SiO2 (CS) aerogel midlayer, and a thin polydimethylsiloxane (PDMS) overcoat─was developed to impart durable superhydrophobicity, rapid photothermal self-healing, antibacterial activity, and efficient oil–water separation. Treated cotton exhibited a static water contact angle (WCA) of 170° and retained a WCA of >155° after 2500 Martindale abrasion cycles or 30 ISO 105-C06 wash cycles; the WCA was restored to ≥160° after ambient storage or within 20 min under natural sunlight as surface temperatures approached ≈50 °C. PDA-mediated Cu2+ chelation (5 mM) produced >99% inhibition of Escherichia coli and Staphylococcus aureus; gravity-driven oil–water separation efficiencies exceeded 98% with >96% retention after 12 cycles. Preliminary scalability and environmental impact analyses, including material inventories and PDMS release estimates, support the potential for industrial translation. This fluorine-free, beetle-exoskeleton-inspired strategy offers a scalable route to multifunctional, sustainable textile finishing and environmental remediation.
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