[发明专利]一种耐磨、可再生聚合物刷引发剂涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种耐磨、可再生聚合物刷引发剂涂层及其制备方法和应用，属于材料表面改性技术领域。本发明的耐磨、可再生聚合物刷引发剂涂层的制备方法包括以下步骤：将正硅酸乙酯、醇、水、无机酸和ATRP引发剂混合，进行水解，将所得水解液涂覆到基体表面，在所述基体表面形成耐磨、可再生聚合物刷引发剂涂层。本发明制备的引发剂涂层具有良好的耐磨性，其在接枝聚合物刷后具有优异的水润滑性能和高承载能力，通过ATRP方法能在任何材料表面形成聚合物刷，表面磨损后可再次引发聚合接枝聚合物刷。

技术领域

本发明涉及材料表面改性技术领域，尤其涉及一种耐磨、可再生聚合物刷引发剂涂层及其制备方法和应用。

背景技术

聚合物刷是通过将高分子聚合物一端锚固到固体表面形成的超薄聚合物涂层。根据聚合物刷的制备方式可以分为“从表面接枝(graft from)”和“接枝到表面(graftto)”两种方式。其中，利用原子转移自由基聚合(ATRP)的“graft from”方式因其单体可选择性多，结构可设计性强，是研究人员制备聚合物刷最常用的方法。该方法是在材料表面引入含有卤素引发基团，就可以在催化剂的作用下在材料表面引发聚合制备聚合物刷。然而，用这种方法制备聚合物刷在大规模应用中面临着许多障碍。例如，单体和催化剂浓度高，需要无氧条件，单体利用率低，反应溶液进一步处理繁琐等，限制了其应用。

目前，对于传统ATRP进行了许多改进，如在反应溶液中加入过量还原剂或利用光或电等外部能量原位再生活化剂，就可在空气中接枝聚合物刷，解决了单体溶液在反应时的脱氧和再利用问题。并且，在有限的范围内使用少量的单体溶液或在引发剂基底上涂刷反应溶液，解决了单体浪费问题，大大降低了制备成本。但现有技术均是通过气相组装或者液相组装制备单分子层的引发剂层，该类型方法存在制备步骤繁琐、对基底选择性强、单分子引发剂层及聚合物刷耐磨性差、不具备可多次引发接枝聚合物刷等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐磨、可再生聚合物刷引发剂涂层及其制备方法和应用，本发明制备的引发剂涂层具有良好的耐磨性，其在接枝聚合物刷后具有优异的水润滑性能和高承载能力，通过ATRP方法能在任何材料表面形成聚合物刷，表面磨损后可再次引发聚合接枝聚合物刷。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种耐磨、可再生聚合物刷引发剂涂层的制备方法，包括以下步骤：

将正硅酸乙酯、醇、水、无机酸和ATRP引发剂混合，进行水解，将所得水解液涂覆到基体表面，在所述基体表面形成耐磨、可再生聚合物刷引发剂涂层。

优选的，所述ATRP引发剂包括2-溴-2-甲基丙酸(3-三甲氧基硅)丙酯。

优选的，所述醇、正硅酸四乙酯、水和无机酸的体积比为12：(2～8)：1：(0.2～1)；所述醇为一元醇；所述无机酸包括浓硝酸或浓盐酸。

优选的，所述正硅酸乙酯与ATRP引发剂的质量比为(3～100):1。

优选的，所述涂覆的方式为浸涂；所述浸涂的提拉速度为10～200mm/min。

本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的耐磨、可再生聚合物刷引发剂涂层。

本发明提供了上述方案所述耐磨、可再生聚合物刷引发剂涂层在制备聚合物刷中的应用。

优选的，所述应用的方法包括以下步骤：将含有耐磨、可再生聚合物刷引发剂涂层的基体浸入含有烯基单体、L-抗坏血酸、催化剂和2,2-联吡啶的反应溶液中，进行ATRP反应，在基体表面形成聚合物刷；所述催化剂为CuCl₂或CuBr₂。

优选的，所述ATRP反应的温度为室温，时间为1～6h。