[发明专利]基于聚合物相变温度响应性的浸润性聚合物开关薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及温度响应性聚合物薄膜的制备方法，特别是涉及一种在平滑或具有微米或纳米粗糙度聚合物薄膜的表面，利用聚合物相变前后对环境自适应能力的变化，使聚合物薄膜材料表面具有可响应的浸润性，并在不同温度范围内实现可逆转变(疏水←→亲水，超疏水←→超亲水)的聚合物开关薄膜的制备方法，尤其显著的特点是在温度低时聚合物薄膜表面表现为较疏水的状态，在温度较高时聚合物薄膜表面则表现为比较亲水的状态。

技术背景

自然界的许多生物受到外界环境改变的刺激时，能迅速的进行响应。将生物的某些功能引入材料，使材料智能化，是当今材料科学领域面临的挑战之一。响应性浸润性材料是在外界的刺激下，表面的活性分子在化学组成、化学构型以及分子极性等性质上会发生可逆的变化，这种变化会引起表面自由能的变化，从而带来浸润性的可逆变化。而固体基底表面的浸润性是由其表面的化学组成和微观几何结构共同决定的，同时结合对材料表面的粗糙度进行调控，可以增强材料表面浸润性的转变，从而实现超疏水与超亲水之间浸润性的智能转变。

其中，温度是一种最广为使用且方便易控的外场刺激因素。温度响应的超亲水/超疏水可逆表面材料是利用表面材料随着温度的变化，表面化学组分的聚集状态会发生可逆的变化，实现热诱导的浸润性可逆变化的表面。公开号为CN 1569933A的发明专利公开了具有浸润性可逆转变的温度响应性聚合物薄膜的制备方法，该方法通过在固体基底表面引发原子转移自由基聚合的反应，在固体表面接枝低临界溶液温度(LCST)类型的聚合物，结合表面微结构的控制，制备得到了从低温超亲水到高温超疏水的浸润性可逆开关材料。但是，制备从低温超疏水到高温超亲水的浸润性可逆开关材料，目前尚未有报道。而且，利用表面引发原子转移自由基的聚合反应，由于实验条件比较苛刻，找到合适的高临界溶液温度的聚合物，以及合适的反应条件都比较困难，因此难以利用这种实验技术实现低温超疏水到高温超亲水的浸润性可逆开关材料的制备，表面浸润性可逆转变的普适化也存在一定的障碍。

1999年，在著名的《科学》杂志上Guillaume de Crevoisier，Pascale Fabre，Jean-Marc Corpart，Ludwik Leibler等人报道了关于含氟的液晶共聚物相变前后，分子聚集态的变化引起端基羟基化的聚丁二烯(pBdOH)测试液滴在其表面某些和浸润性相关的性质的突变。结果表明，pBdOH在该含氟的液晶共聚物表面接触角滞后，在聚合物相变温度(30℃)前后有20°的变化；去浸润的速度在温度大于等于30℃时有显著的降低。

目前，利用聚合物相变温度前后，分子对环境自适应能力的显著差异，实现材料表面浸润性在不同范围内的可逆转变还没有报道。

发明内容

本发明的目的是克服制备温度响应的疏水←→亲水，超疏水←→超亲水的可逆表面材料时方法复杂的缺陷，利用材料表面浸润性具有可逆转变(疏水←→亲水，超疏水←→超亲水)的性质，尤其是在低温较疏水或超疏水而在高温较亲水或超亲水，提供一种简单、高效，成本低廉，操作简便的基于聚合物相变温度响应性的浸润性聚合物开关薄膜的制备方法。

材料表面的结构(粗糙度)及其表面的化学结构，是影响材料浸润性的两个关键因素。本发明通过利用化学或物理的方法使材料表面具有合适的粗糙度，并在此粗糙表面涂覆高分子材料，从而实现表面浸润性在不同温度范围内的变化。本发明提供了一种具有浸润性在不同温度范围内可逆转变的温度响应性聚合物开关薄膜的制备方法。其发明点在于材料表面的有粗糙度化与聚合物相变温度前后表面分子对环境自适应性质变化的有机结合。

本发明实现表面浸润性在不同范围内可逆转变的技术方案，是利用聚合物分子在相变前后分子聚集状态对环境自适应性的差别，会引起其宏观物理性质的变化的原理，在平滑或具有微米或纳米结构的粗糙表面上通过简单的表面涂覆技术，使材料表面的浸润性具有不同程度可逆转变(疏水←→亲水，超疏水←→超亲水)的温度响应性。

本发明的基于聚合物相变温度响应性的浸润性聚合物开关薄膜的制备方法，主要包括以下步骤：

1)选取分子内同时含有亲水基团与疏水基团，具有相变点在20℃～100℃的聚合物，溶于易挥发的对聚合物有良好溶解能力的纯有机溶剂中，配制成聚合物的稀溶液；

2)将要修饰的固体基底表面进行清洁化，得到表面平滑的固体基底；或将要修饰的固体基底表面进行清洁化和微米或纳米尺度的粗糙化，得到表面粗糙的固体基底；