表面引發(fā)自由基聚合法制備潤濕性可控的聚離子液體刷.pdf

1、表面潤濕性是固體表面的重要特征之一,對自然界中動、植物的種種生命活動,人類的日常生活及工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的影響。眾所周知,表面潤濕性由固體表面自由能和表面粗糙度的大小來決定。目前,關(guān)于超疏水性材料的構(gòu)筑已經(jīng)有很多研究,方法已漸成熟,但具有動態(tài)可控性質(zhì)的表面設(shè)計研究才剛剛起步,而表面潤濕性動態(tài)可控的可逆超疏水/超親水性材料由于可以對外部刺激做出精確和可預(yù)測的改變和調(diào)控,在刺激響應(yīng)器件、自清潔表面、液體微球操縱器、變焦鏡頭等方面具有巨大的

2、應(yīng)用潛能,所以,尋求操作簡便,易于工業(yè)推廣,膜穩(wěn)定性高,結(jié)構(gòu)和粗糙度可控,可逆性好的超疏水/超親水性可逆轉(zhuǎn)換材料仍然是表面材料科學(xué)中最有挑戰(zhàn)性的課題。
　　控制表面潤濕性的方法有很多,如機(jī)械表面形貌變化法,它通過控制表面粗糙度來實現(xiàn)潤濕性的調(diào)控,而通過改變表面自由能來調(diào)控材料的潤濕性能則主要是通過在材料表面涂覆或接枝有機(jī)聚合物層,通過控制有機(jī)聚合物層的構(gòu)成來實現(xiàn)潤濕性的調(diào)控。表面接枝法通過在基底表面形成以牢固的化學(xué)鍵相結(jié)合的端接枝

3、聚合物層而備受關(guān)注。其中表面引發(fā)自由基聚合反應(yīng)能夠在固體基底表面形成高度取向、結(jié)合牢固、高密度的聚合物層,薄膜層分布均勻、便于納微圖形化和加工成型,并且薄膜厚度可在分子水平上方便地調(diào)控,從而大大拓寬了聚合物的應(yīng)用領(lǐng)域。
　　聚離子液體由于其結(jié)構(gòu)特點,成為實現(xiàn)表面潤濕性可逆調(diào)節(jié)的首選結(jié)構(gòu)單元之一,利用表面引發(fā)聚合反應(yīng)將功能離子液體單元引入到材料表面,然后通過選擇適當(dāng)?shù)膶﹄x子來調(diào)節(jié)材料表面的潤濕性變化。
　　本文利用表面引發(fā)自由

4、基聚合反應(yīng),在不同的材料基底表面引入不同的聚離子液體刷,再通過對離子轉(zhuǎn)換實現(xiàn)固體表面的親疏水轉(zhuǎn)換。這些新型的潤濕性可控的功能材料鮮有報道,具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　首先合成了一種新的離子液單體烯丙基三苯基六氟磷酸鏻,根據(jù)文獻(xiàn)合成出離子液單體1-(4-乙烯基芐基-)-3-丁基咪唑六氟磷酸鹽,并用核磁共振波譜等技術(shù)手段進(jìn)行了表征。
　　以1-(4-乙烯基芐基))-3-丁基咪唑六氟磷酸鹽為單體,2-溴-2-甲基-N-(3-(三甲氧

5、基硅基)丙基)丙酰胺為表面引發(fā)劑,以SmCl3為催化劑,乳酸為配體,AIBN為自由基引發(fā)劑,DMF為溶劑,利用RATRP法在銅基底表面接枝了聚離子液體刷;以烯丙基三苯基六氟磷酸鏻為單體,2-溴-2-甲基-N-(3-(三乙氧基硅基)丙基)丙酰胺(BTPAm)為表面引發(fā)劑,TEMPO為氮氧自由基引發(fā)劑,環(huán)己酮為溶劑,利用表面引發(fā)NMP法在硅基底表面接枝了聚離子液體刷;以1-(4-乙烯基芐基))-3-丁基咪唑六氟磷酸鹽為單體,2-溴-2-甲基

6、-N-(3-(三乙氧基硅基)丙基)丙酰胺為表面引發(fā)劑,TEMPO為氮氧自由基引發(fā)劑,二甲苯為溶劑,利用NMP法在硅基底表面接枝了聚離子液體刷。利用X-射線光電子能譜(XPS)、接觸角儀、橢圓偏光儀、原子力顯微鏡(AFM)、核磁共振波譜(1H和13C NMR)和凝膠滲透色譜(GPC)分別對它們進(jìn)行了表征。動力學(xué)研究表明,無論利用哪種方法,聚合物刷的厚度均隨聚合時間的增長呈線性關(guān)系,由此證明了聚離子液體刷在材料表面的增長是可控的活性聚合。<