[发明专利]一种多巴胺及其衍生物聚合并交联固化的表面改性方法

说明书

本发明提供了一种多巴胺及其衍生物聚合并交联固化的表面改性方法，属于复合材料制备技术领域。本发明从聚多巴胺的聚合原理及聚多巴胺涂层的形成过程出发，以聚多巴胺在有机溶剂和酸碱性环境中的失效机制为基础，筛选引入能够与聚多巴胺中的活性功能团发生反应的交联固化剂，对可溶解的小分子低聚多巴胺进行三维网状的交联固化，从本质上降低聚多巴胺在有机溶剂和酸碱环境中的溶解度，大幅提高聚多巴胺表面改性涂层的稳定性，从而保证表面改性效果长期稳定有效，极大地拓宽聚多巴胺表面涂层改性方法的使用范围。

技术领域

本发明涉及一种多巴胺及其衍生物聚合并交联固化的表面改性方法，属于复合材料制备技术领域。该方法具体涉及筛选合适的固化剂对多巴胺及其衍生物形成的聚合物进行交联固化，从而提高复合材料的表面亲水改性层在有机溶剂和酸碱性环境中的稳定性，保证改性效果长期稳定有效。

背景技术

在保持基质材料本征性能的基础上，表面改性能够赋予其功能化的表面新性质，从而将多种材料的优点结合于一体，满足生产和生活中的需要。常用的表面改性方法有化学接枝法(自由基转移、界面交联、元素取代等)、物理复合法(颗粒掺混、表面涂覆、共混等)以及物理化学接枝法(辐射接枝、等离子处理、光诱导接枝等)。其中，化学接枝法通过改性剂与基质材料主体的化学反应而实现复合，以改变基质材料的原有分子结构为前提，而一定程度上降低了基质材料的本征性能，主要体现在机械强度变低、化学稳定性变差等方面；物理复合法，以基质材料和表面改性层之间的非共价键结合力为前提，当改性材料与基质材料性质差异较大时，二者之间的结合力较弱，改性产品的功能化表层在使用过程中容易被破坏，性能衰退明显，使用寿命短。

聚多巴胺改性是近年来受贻贝类粘附启发而发展起来的新型高效表面修饰技术，通过小分子多巴胺及其衍生物在惰性材料表面的氧化自聚，为制备高性能复合材料提供了新的方向。自2007年第一次报道以来，聚多巴胺表面改性已经在多个领域广泛研究，包括生物成像、药物探针、光催化、水处理等。聚多巴胺改性具有两大优点：1)依靠自身的氧化聚合，不会破坏基质材料的分子结构，能更好地结合多种材料的优点；2)两亲性小分子多巴胺及其衍生物为改性单体，能浸润大多数惰性材料，具有良好的适应性。除此之外，聚多巴胺改性涂层含有大量活性基团(氨基、亚氨基、酚羟基)，可以作为一个中间修饰层进行二次表面改性，从而将兼容困难的不同材料结合起来。

随着应用研究的不断深入，聚多巴胺表面改性存在的局限性也逐渐被大家认识。其中，聚多巴胺在有机溶剂(或含有机溶剂的水溶液)和酸碱性环境中的稳定性较差，已经成为制约其实际应用的重要瓶颈。在聚多巴胺涂层的形成过程中，由于溶解度随着聚合过程发生显著改变，大分子高聚多巴胺将夹带大量小分子低聚多巴胺沉积在基质材料的表面。当表面改性涂层长期暴露在有机溶剂或者酸碱性环境中时，小分子低聚多巴胺由于溶解度较高，逐渐从涂层溶解进入周围的环境中，大大降低了表面改性涂层的致密程度和连续性，从而影响聚多巴胺涂层的长期稳定性，极大地限制了聚多巴胺涂层的使用范围。

综上所述，为了进一步拓宽聚多巴胺表面涂层改性技术的适用范围，更好地利用多巴胺及其衍生物，提高聚多巴胺表面改性涂层在有机溶剂(或含有机溶剂的水溶液)和酸碱性环境中的长期稳定性是必须解决的问题。为此，本发明从聚多巴胺的聚合原理及聚多巴胺涂层的形成过程出发，以聚多巴胺在有机溶剂和酸碱性环境中的失效机制为基础，筛选引入能够与聚多巴胺中的活性功能团发生反应的交联固化剂，对可溶解的小分子低聚多巴胺进行三维网状的交联固化，从本质上降低聚多巴胺在有机溶剂和酸碱环境中的溶解度，大幅提高聚多巴胺表面改性涂层的稳定性，从而保证表面改性效果长期稳定有效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多巴胺及其衍生物聚合并交联固化的表面改性方法。该方法从聚多巴胺在有机溶剂和酸碱性环境中的失效机制出发，筛选引入交联固化剂，与聚多巴胺中的活性功能团发生反应，将可溶性小分子低聚多巴胺交联固化成不溶的三维立体网络结构，强化聚多巴胺分子之间以及聚多巴胺分子与基质材料之间的结合强度，最终制备出在机溶剂和酸碱性环境等恶劣条件下长期稳定有效的聚多巴胺表面改性涂层，极大地拓宽聚多巴胺表面涂层改性方法的使用范围。