光接枝技术构筑仿细胞外层膜两性离子表面

采用硅烷化反应将叔胺氢给体偶联到羟基化盖玻片表面,在含二苯甲酮(BP)光敏剂的2-甲基丙烯酰乙氧基磷酰胆碱(MPC)单体溶液中进行光接枝聚合。用X射线光电子能谱(XPS)对改性表面的化学结构进行表征,接触角对改性表面亲/疏水性能进行测定,蛋白质吸附和血小板黏附评价其抗生物污染性能。结果发现,与未改性表面相比,经含叔胺的硅烷化试剂处理后,基材表面形成了一层胺基化有机无机杂化过渡层;光接枝PMPC后表面于400.2 eV处和131.6 eV处分别出现了N峰和P峰,相对含量分别为4.47%和4.80%,且表面Si2p相对含量显著降低,同时,光接枝各步反应表面接触角变化可间接表明材料表面成功接枝PMPC聚合物。所得两性离子表面蛋白质吸附量降低了91.3%~92.4%,基本不发生血小板黏附。硅烷偶联剂的应用不仅能够提供表面接枝反应所需的自由基源,而且还可增强两性离子聚合物刷涂层与基材表面的黏结强度,对进一步研究涂层稳定性与血液相容性之间的关系奠定了基础。     

多巴胺端基聚磺基甜菜碱的表面改性及其表面抗蛋白吸附性能

将具有黏附性的多巴胺基团和具有亲水抗污性的聚甲基丙烯酸磺基甜菜碱(PSBMA)结合,利用原子转移自由基聚合方法合成了多巴胺(DOPA)端基修饰的两性离子聚合物DOPA-PSBMA,并且通过简便的聚合物溶液浸涂方式对硅片进行表面改性。研究发现,DOPA-PSBMA具有温度响应性,其高临界溶解温度(UCST)为22~35℃;该聚合物可通过溶液自组装有效黏附于硅片表面,且在37℃和4℃时,改性硅片均具有良好的抗蛋白吸附性能,说明温度对DOPA-PSBMA改性表面的抗蛋白吸附性能基本无影响。     

改性纳米碳酸钙制备超疏水涂层

通过油酸改性纳米碳酸钙颗粒使其表面由亲水性变成了疏水性,改性后的纳米颗粒与低表面能的有机硅树脂聚二甲基硅氧烷经过混合陈化固化过程后在玻璃表面形成超疏水涂层.实验通过改性后的纳米粒子在聚合物介质上构造纳米/微米尺度的结构表面.用接触角测量仪和扫描电镜分别检测涂层的疏水性能和涂层的表面形态.实验结果表面涂层有优异的自清洁能力,平均静态水接触角达160°滚,动角为6°,涂层表面成功构造了纳米/微米的双重粗糙结构.该方法简单有效具有很大的应用前景.     

涂层法制备超疏水表面及在油水分离中的应用

采用涂层法,以含硅聚四氟乙烯为成膜物质,以疏水纳米SiO2为填料,成功制备出含有微/纳米复合结构的超疏水表面.系统研究了疏水纳米SiO2和低表面能物质的含量与涂层表面水接触角的关系.采用接触角测量仪和扫描电子显微镜(SEM)分别对涂层的水接触角和表面形貌进行表征,根据国家标准分别对涂层厚度、硬度和结合力进行测试.在最佳制备条件下,该超疏水涂层水接触角153.5°,涂层厚度22μm,涂层硬度4H,结合力1级.该超疏水涂层具有自清洁及良好的油水分离性能.     

采用热压-喷涂法制备PMMA超疏表面涂层

以纳米SiO_2和PMMA为原料,提出了一种以不锈钢丝网为热压模板结合喷涂法制备PMMA超疏表面的新方法.研究了热压压力和喷涂SiO_2纳米粒子浓度对表面浸润性的影响.结果表明,SiO_2纳米粒子能够明显改善PMMA表面的浸润性.在热压压力为0.5MPa、疏水性SiO_2纳米粒子质量分数为4%时,可获得最佳的超疏水涂层,涂层的接触角为164°±0.8°,滚动角小于2°.通过扫描电镜(SEM)观察了涂层表面的微观结构,发现超疏水性涂层具备规则的微纳二元结构.该表面在p H值为1~14的范围内都具有很好的超疏性能;同时,制备的超疏水涂层在空气中放置10个月以上,其表面接触角仍大于150°.     

氨酯型疏水缔合水溶性聚合物的合成

采用自由基胶束聚合的方法合成了侧链上含有两个苯环和长链烷基的氨酯型疏水缔合水溶性聚合物,探讨了不同侧链链长的疏水聚合物及不同表面活性剂下共聚物溶液的增粘效果,当侧链上烷基碳原子数n=8及用十二烷基苯磺酸钠作表面活性剂时,共聚物具有较好的增粘性能。对聚合物的合成条件进行了研究,结果表明合成聚合物的最佳实验条件为:引发剂浓度0.2%,疏水单体摩尔用量0.5%,丙烯酰胺(AM)浓度10%~15%,表面活性剂用量0.75%。     

含羟基苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯无规共聚物薄膜的界面行为

通过自由基聚合方法制备一系列含侧羟基的不同苯乙烯含量的苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的无规共聚物(SMMA-r OH),并与含端羟基的不同苯乙烯含量的无规共聚物(SMMA-t OH)对比,研究化学改性硅片表面的界面行为。采用红外光谱(FT-IR)、核磁共振波谱(NMR)等手段进行SMMA-r OH的结构表征。通过测量聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)两种均聚物、无规共聚物膜的水相与油相接触角得到极性和非极性表面能,计算得到PS和PMMA均聚物与无规共聚物间的界面能,通过引入表面能极性占比参数,对比羟基接枝前后含羟基无规共聚物的表面能。结果表明:在SMMA-r OH中苯乙烯摩尔分数为54%时,PS与无规共聚物间的界面能和与PMMA无规共聚物间界面能相等。SMMA-r OH退火后表面基底覆盖率较高,相比于SMMA-t OH在洗涤前后的界面行为变化较小。证明侧羟基无规共聚物作为基底更适用于嵌段共聚物引导组装的中性基底。     

换热器表面疏水涂层的制备及性能测试

在可溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)及环氧树脂(EP)中添加纳米二氧化硅等材料，制备了应用于冷凝式换热器表面的超疏水自清洁性复合涂层。对复合涂层进行接触角、导热系数、耐磨性、结合强度及自清洁性测试，研究其综合性能。测试结果表明，含7.5%～9.4%纳米SiO₂的PFA涂层与含1.4%～2.3%纳米SiO₂的PTFE涂层接触角均在150°以上，其表面自清洁性优异。添加0.8%～1.7%的石墨可将涂层的导热系数由0.2 W·m^-1·K^-1提升至2 W·m^-1·K^-1以上。涂层的耐磨性随SiC含量的增加而提升，对于PFA超疏水涂层，添加SiC能使涂层被砂纸打磨后仍能保持良好的疏水性。EP涂层的结合强度达ASTM(美国材料与试验协会)等级5B,PFA涂层为4B,PTFE涂层为3B。     

MPC/MMA共聚物的合成及其血液相容性

以2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)为原料,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,乙醇为溶剂,通过溶液聚合法合成了MPC/MMA共聚物,并采用溶剂挥发法制得了共聚物膜。通过测定牛血清蛋白(BSA)吸附和血小板黏附考察了聚合物膜的血液相容性,结果表明:含磷酰胆碱基团的共聚物具有较好的血液相容性,并且BSA的吸附量和血小板的黏附量随着MPC单元含量的增加而减少。根据DSC测定的聚合物中水的降温曲线证实了结合在MPC/MMA共聚物中的水为自由水,并且高自由水含量是MPC/MMA共聚物具有较好血液相容性的原因。     

两亲性分子在HDPE表面的包埋及持久的亲水改性

以疏水端含双键的两亲性分子油酸聚乙二醇酯(OEO-5)为改性剂,并在溶胀表面引入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN),对高密度聚乙烯(HDPE)表面进行了包埋改性。X线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)的结果表明,溶胀层位于HDPE表面的无定形区。溶胀度越高,改性表面的接触角越低,溶胀度16.3%时的接触角达到了15.3°。改性表面浸水5周后,其接触角仍保持在47.0°,显示了良好的亲水稳定性。AIBN及双键的引入有利于两亲分子包埋改性表面亲水稳定性的改善。     

一步法合成耐久性水基超疏水TiO2/DTMS涂层

为制备具有优异自清洁功能的耐久性水基超疏水涂层，以十二烷基三甲氧基硅烷(n-dodecyltrimethoxysilane, DTMS)为有机改性物，通过一步法在纳米TiO₂表面嫁接长链烷基官能团得到超疏水TiO₂/DTMS涂层。分析了TiO₂涂层及TiO₂/DTMS涂层的表面润湿性、形貌和化学组成，并对所得超疏水TiO₂/DTMS涂层的自清洁性能、机械及化学稳定性进行了测试。结果表明：超疏水TiO₂/DTMS涂层表面水接触角(water contact angle, WCA)达到159°；以亚甲基蓝粉末作模拟污染物，涂覆有超疏水TiO₂/DTMS涂层的玻璃具有优异的自清洁性能；经机械磨损(10 min)、酸碱液(pH=1、3、5、7、9、11、13)浸泡、高低温(−20、30、60、90、120、150 ℃)处理后超疏水TiO₂/DTMS涂层的WCA仍大于150°，表明其具有优异的机械和化学稳定性，可用于室外防污，如建筑物外墙、玻璃、太阳能电池板等。     

木材表面SiO2/环氧树脂/氟硅烷复合超疏水膜的构建

【目的】为获得具有良好机械耐磨性的超疏水木材,构建了木材表面SiO₂/环氧树脂/氟硅烷复合超疏水膜。【方法】采用两步法在木材表面构建有机/无机复合超疏水涂层,在木材基底预置透明环氧树脂底层以覆盖木材表面天然微沟槽结构,然后构建SiO₂/环氧树脂/氟硅烷(FAS)复合超疏水薄膜。采用场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜以及傅里叶红外光谱仪对超疏水涂层的微观形貌和化学组成进行表征,并测试其疏水、疏油和机械耐磨性能。【结果】木材表面复合超疏水涂层具有精细的微/纳米二元粗糙结构,该结构协同低表面能物质FAS,使木材表面不仅具有良好的超疏水性能(水静态接触角为153°,滚动角低于4°),而且疏油(乙二醇接触角为146°,滚动角低于11°); 经砂纸多次磨擦后木材表面水接触角和滚动角基本不变,超疏水性能保持稳定,超疏水涂层的微纳米结构及疏水物质依然保留,表现出良好的机械耐磨性。【结论】有机/无机复合超疏水涂层体系中,环氧树脂由于黏结作用使得SiO₂纳米粒子与木材基底形成牢固的结合,从而赋予涂层良好的机械稳定性。     

改性环氧丙烯酸树脂/SiO2超疏水涂层的制备

为了制备一种超疏水涂层,先用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)与羟基硅油(PDMS)反应合成了中间体H-PDMS,再让H-PDMS和环氧丙烯酸树酯(EA)反应,得到PDMS改性的环氧丙烯酸树脂(PEA),之后与疏水型nmSiO_2共混涂膜,UV固化可制备出一种超疏水涂层。采用红外光谱、接触角测量仪、场发射扫描电子显微镜、百格测试仪等表征了接枝材料的化学结构,涂层的疏水性、附着力等。结果表明:硅烷链段成功地接枝到EA的侧链上,当H-PDMS添加量为80wt%,nm SiO_2添加量为30wt%时,制备的涂层表面具有明显的微纳二级粗糙结构,接触角可达155°,滚动角小于3°,且在铝片上具有优异的附着力和自清洁性能。     

嵌段共聚水溶性高分子在空气/水界面吸附态的构象

对于用几种不同疏水／亲水单体比合成的聚(丙烯酸丁酯／丙烯酸)共聚物样品测定了其水溶液的表面张力,运用Gibbs吸附方程求得在样品溶液临界胶束浓度时样品在气／液界面的分子吸附面积,以此推测其吸附态构象。结果表明,亲水单体单元在共聚物中含量多时,样品分子趋于在水中溶解;疏水单体单元多时,样品分子趋于在表面吸附。其吸附态构象为分子链上相邻的数个丁酯侧基吸附于水面,形成“薄煎饼状”疏水微区。     

两亲梳型嵌段共聚物的合成及其对PAN膜的改性

以咔唑二硫代甲酸苄基酯（BCBD）为 RAFT 试剂,苯乙烯（St）、N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAM）和丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯（A-mPEG）为共聚单体,合成了具有不同 mPEG 和 P（A-mPEG）链长的两亲梳型嵌段共聚物 P（St-co-DMAM）-b-PDMAM-b-P（A-mPEG）x,利用1H-NMR 和 GPC 对聚合物结构进行表征．将此共聚物用于聚丙烯腈（PAN）薄膜的表面吸附改性,探讨了PEG链长及含量对改性效果的影响．接触角测试表明,该聚合物可很好地吸附在膜表面,并明显提高膜的亲水性．随PEG链长及其含量的增加,嵌段共聚物的改性效果增加;在适宜条件下,经聚合物吸附改性后,PAN 膜接触角由72.2°降低至24.8°;改性 PAN 薄膜表面牛血清蛋白（BSA）吸附量最低降至0.672,μg/cm2,为未改性PAN膜的11.1%左右．     

新型丙烯酸酯聚合物的合成及其在棉织物上的应用

从三氯氧磷和N-羟乙基哌嗪出发,经多步反应合成了一种含有磷酰胺基的丙烯酸酯单体,该单体与含氟丙烯酸酯及其他功能性单体经乳液聚合形成了含氟共聚物PA1和不含氟的聚合物PA2.将这两种聚合物应用于棉织物整理,并对整理后的棉织物性能进行了测试.聚合物PA1具有良好的拒水性能和一定的阻燃性能,经其处理后的棉织物表面对水接触角为140°,其极限氧指数(LOI)为23.4%;而经过PA2整理的棉织物具有相对较好的阻燃性能,其LOI值为26.3%.     

含氰侧基的聚醚醚酮酮/聚醚砜醚酮酮共聚物的合成及性能研究

在无水AlCl3存在下,将2,6-二苯氧基苯甲腈(DPOBN),4,4′-二苯氧基二苯砜(DPODPS)按照一定的摩尔配比与对-苯二甲酰氯于N-甲基吡咯烷酮/二氯乙烷复合溶剂中进行三元共缩聚反应,合成了一系列含氰侧基的聚醚醚酮酮/聚醚砜醚酮酮共聚物.用IR、DSC、TGA、WAXD等方法对其结构和性能进行了表征.结果表明,所合成的共聚物均为非晶态聚合物,其玻璃化转变温度为162~195℃;TGA分析表明其热分解温度为501~545℃,说明所合成的共聚物具有优异的耐高温性能.共聚物的溶解性能测试结果表明,共聚物都能在NMP、DMF、DMSO等强极性非质子溶剂中溶解及在DCE、THF、CHCl3等普通溶剂中溶解或溶胀.     

含氟磷酰胺类化合物的合成及其性能

以螺环二磷酰氯1与烯丙胺为原料制备了二烯丙基磷酰胺2.在偶氮二异丁腈(AIBN)引发下,二烯丙基磷酰胺2与全氟己基碘反应得到含双氟烷基链的化合物3和含单氟烷基链的化合物4,并通过三丁基锡氢还原分别得到了含有全氟己基的磷酰胺TM1和TM2,其结构通过核磁共振谱(1 H NMR、13C NMR、19F NMR、31P NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、高分辨质谱(HRMS)等分析进行了表征和确认.对磷酰胺TM1和TM2在棉织物表面的性能研究显示,含双氟烷基链的化合物TM1具有较好的拒油性能,对三级油的接触角最高可达136°,但此化合物没有显示出明显的拒水性能;而含单氟烷基链的化合物TM2则显示出一定的拒水性能,对水的接触角最高可达147°,对三级油的接触角也达到了134°.同时,这两个化合物都具有一定阻燃性能,均使得整理后棉织物的极限氧指数(LOI)值从18.5%提高到了24.0%.     

含氟单体对丙烯酸酯多元共聚体系表面改性行为研究

以全氟辛基(N-乙基-N-丙烯酸乙酯基)磺酰胺(QG-F814)为改性剂,以溶液聚合的方法制备含氟丙烯酸树脂.通过测定水在聚合物薄膜表面的接触角的方法研究了含氟单体QG-F814对甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁脂(BA)、苯乙烯(ST)、α-甲基丙烯酸(MAA)四元共聚物表面性能的影响.研究表明,在共聚过程中适当时间加入少量(5wt.%)含氟单体就可以使共聚物表面获得很好的疏水性,使聚合物表面对水的接触角从80°增大到108°以上.     

含2,6-萘基的氯化聚芳醚酮酮的合成与性能

通过4,4′-二(β-萘氧基)二苯酮(DNOPK)、二苯醚(DPE)与对苯二甲酰氯(TPC)、2,5-二氯对苯二甲酰氯(DCTPC)的低温溶液亲电共缩聚反应合成出一系列不同组分的高分子量含2,6-萘基结构的氯化聚芳醚酮酮无规共聚物。研究了含氯侧基对共聚物性能的影响,并对其进行了IR、DSC、TG、WAXD等分析表征。结果表明:所得共聚物具有优良的耐热性和力学性能,随着DCTPC单体含量的增加,其玻璃化温度(Tg)变化不大,而熔融温度(Tm)和结晶度逐渐降低,当其含量超过40mol%时,Tm消失,聚合物呈现非晶态结构,聚合物的热分解温度(失重5%)Td及力学性能均呈下降趋势,但溶解性能得到明显改善。