[发明专利]一种超高接枝密度聚合物分子刷的制备方法

说明书

本发明涉及高分子合成领域。本发明提供了一种超高接枝密度聚合物分子刷的制备方法，包括以下步骤：先由单晶硅片制备得到SiO₂/Si基片，然后在SiO₂/Si基片表面自组装引发剂单分子层；所述引发剂为22‑(三氯硅烷基)二十二碳基‑2‑溴‑2‑苯基乙酸酯；最后在氮气保护下，与溴化亚铜、苯乙烯、五甲基二乙基三胺和甲苯反应，制备超高接枝密度聚合物分子刷。实施例结果表明，本发明提供的聚合物分子刷的厚度为55～65nm，接枝密度为1.21～1.23chains/nm²。

技术领域

本发明涉及高分子合成领域，尤其涉及一种超高接枝密度聚合物分子刷的制备方法。

背景技术

聚合物分子刷是一种特殊的高分子组装体系，其分子链一端通过共价键固定于固体表面上，可有效调节固体表面的物理化学性能，在胶体稳定剂、生物材料、海洋防污、润滑及微电子工业等领域具有广泛的应用。例如，在生物材料领域，通过在固体表面制备亲水性的聚合物分子刷，可以减弱固体表面与蛋白质之间的非特异性相互作用，例如生物细胞，细菌等在表面或界面的沉积。

聚合物分子刷的接枝密度决定分子链的构象以及分子刷的物理性能。低接枝密度分子刷内的分子链构象呈无规线团结构；增加分子刷的接枝密度可使分子链逐渐伸展；当接枝密度足够高的时候，高分子链呈现类似“毛刷”结构，表现出玻璃化温度增大、热稳定性增强、弹性模量增大、表面摩擦系数减小等一系列显著优于常规聚合物的物理性质。例如，对于聚苯乙烯分子刷而言，当其接枝密度从0.1nm^-2提高到0.6nm^-2时，其玻璃化温度可以提升60℃，展现出超高的热稳定性。现有技术中，针对聚苯乙烯体系，Yamamoto等认为利用常用引发剂二溴异丁酰溴原子转移自由基聚合(ATRP)分子刷的饱和接枝密度为0.6chains/nm²。因此，提高聚合物分子刷接枝密度是提升其物理性能的关键，是优化分子刷材料相关性能的重要方法。然而，由于分子刷链之间的位阻和体积排斥等作用，超高接枝密度聚合物分子刷的制备仍然是一大难题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超高接枝密度聚合物分子刷的制备方法，本发明所提供方法能够制备得到接枝密度为1.22nm^-2的聚合物分子刷，大大提高了聚合物分子刷的接枝密度。

本发明提供了一种超高接枝密度聚合物分子刷的制备方法，包括以下步骤：

(1)将单晶硅片浸没于浓硫酸和过氧化氢水溶液的混合溶液中，进行加热处理，然后将加热后的单晶硅片依次进行洗涤和吹干处理，得到SiO₂/Si基片；

(2)将所述步骤(1)得到的SiO₂/Si基片浸没在引发剂溶液中，进行静置处理，得到引发剂功能化的SiO₂/Si基片；所述引发剂为22-(三氯硅烷基)二十二碳基-2-溴-2-苯基乙酸酯；

(3)氮气保护下，将所述步骤(2)得到的引发剂功能化的SiO₂/Si基片、溴化亚铜、苯乙烯、五甲基二乙基三胺和甲苯混合后，进行加热处理，得到超高接枝密度聚合物分子刷。

优选的，所述步骤(1)中SiO₂/Si基片中二氧化硅层覆盖在硅基片表面；所述二氧化硅层的厚度为1.5～2.5nm。

优选的，所述步骤(1)中过氧化氢水溶液的质量浓度为25％～35％，所述浓硫酸和过氧化氢水溶液的体积比为2.5～3.5:1。

优选的，所述步骤(1)中加热处理的温度为80～100℃；所述加热处理的时间为50～70min。

优选的，所述步骤(2)中引发剂溶液的溶剂为甲苯；所述引发剂溶液的浓度为0.5～1.5mmol/L。