顆粒在線訊：表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（SI-ATRP）是一類高度可控的表面改性方法，接枝的聚合物刷為表面科學(xué)和工程的研究提供了理想模型。然而，在濕環(huán)境下聚合物刷及引發(fā)劑層的機(jī)械耐磨性以及化學(xué)穩(wěn)定性較差，限制了其在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用，構(gòu)建堅(jiān)固的引發(fā)劑層，接枝牢固的聚合物刷層是目前該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。  

　　近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員周峰團(tuán)隊(duì)從摩擦學(xué)的角度出發(fā)，發(fā)展出一種高機(jī)械穩(wěn)定性的表面聚合物刷接枝方法。

　　該方法的關(guān)鍵是構(gòu)建了一種具有高機(jī)械穩(wěn)定性、持續(xù)引發(fā)活性的引發(fā)劑涂層（Persistent Initiation Coating，PIC），如圖1所示，將引發(fā)劑引入到無機(jī)溶膠-凝膠納米涂層中，而后表面引發(fā)接枝修飾聚合物刷。與傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積（CVD）方法制備的硅烷引發(fā)劑表面相比，PIC能有效提高引發(fā)劑層的力學(xué)穩(wěn)定性，使其能夠承受上萬次的摩擦循環(huán)（圖2），最重要的是，在PIC上接枝的聚合物刷也比傳統(tǒng)CVD方法制備的聚合物刷具有更高的耐磨性。 

　　當(dāng)接枝的聚合物刷磨損后，PIC仍可以觸發(fā)新的聚合反應(yīng)（圖3）。與傳統(tǒng)的表面接枝聚合方法相比，該涂層的引發(fā)劑存在于整個(gè)無機(jī)層中，高機(jī)械強(qiáng)度的無機(jī)層可保護(hù)引發(fā)劑不易被磨損。在接枝聚合物刷時(shí)，聚合物刷不僅存在于無機(jī)層表面，而且部分反應(yīng)溶液可滲透進(jìn)無機(jī)層從而實(shí)現(xiàn)在亞表面接枝聚合物刷，使該涂層具有優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性。一旦表層的聚合物刷被磨損，由于底層引發(fā)劑的存在，該涂層可再引發(fā)接枝聚合物刷，且該過程可重復(fù)多次。涂層在反應(yīng)溶液中優(yōu)異的潤滑性能證實(shí)了聚合物刷可以實(shí)現(xiàn)在摩擦過程中的重復(fù)接枝。

　　PIC在不同材料表面具有較好的結(jié)合強(qiáng)度，可在不同的基底表面實(shí)施。為了證實(shí)該涂層的實(shí)用性，通過噴涂的手段將無機(jī)引發(fā)劑層涂覆到大尺寸鏡面上并接枝親水聚合物刷，鏡面的水接觸角大幅度降低并具有優(yōu)異的防霧效果；PIC也可以修飾其它疏水聚合物（如pMMA、pSt、pPFOA），實(shí)現(xiàn)涂層表面的功能化。

　　該研究為構(gòu)建耐磨、低摩擦、再引發(fā)聚合物刷涂層提供了新途徑，并為聚合物刷表面材料的實(shí)際應(yīng)用提供了更多可能。相關(guān)研究成果以Repeatedly Regenerating Mechanically Robust Polymer Brushes from Persistent Initiator Coating (PIC)為題，發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。 研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院和山東省科技廳等的支持。

圖1.高機(jī)械穩(wěn)定性的可再生聚合物刷涂層（PIC）制備過程

圖2.PIC以及接枝聚合物刷后涂層的耐磨性

圖3.聚合物刷在PIC涂層表面的重復(fù)接枝