[发明专利]一种耐磨水润滑自修复涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种耐磨水润滑自修复涂层及其制备方法，属于材料表面改性技术领域。本发明利用环氧基硅溶胶与基体结合强度高，同时能够提供更多与氨基环糊精的反应位点的特性，能够大幅度提高涂层表面承载能力，并且，通过主体分子层上环糊精和客体大分子之间金刚烷产生识别作用，通过非共价键结合在一起，使基体表面获得优异的水润滑性能，此外，该耐磨水润滑自修复涂层表面磨损之后，可通过再次组装客体大分子来修复水润滑性能。

技术领域

本发明涉及材料表面改性技术领域，尤其涉及一种耐磨水润滑自修复涂层及其制备方法。

背景技术

生物关节往往呈现超低的摩擦系数，主要得益于关节软骨特殊的模量和关节滑液中“瓶-刷”状蛋白质大分子。亲水的瓶刷状润滑剂通过氢键和疏水相互作用在软骨表面吸附组装，形成水润滑层，对降低摩擦系数起着不可替代的重要作用。近些年，受人类关节软骨的启发，研究人员开发了各种水润滑材料。例如，双网络水凝胶、改性生物大分子、聚合物刷以及生物大分子材料。这些材料表面通过形成较厚的水层，具有较低的摩擦系数和较高的承载能力，在人体植入关节、关节滑液替代等方面具有重大的应用前景。但由于上述材料是通过不可逆共价键构建的，在严重磨损后无法恢复水润滑性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐磨水润滑自修复涂层及其制备方法，本发明制备的耐磨水润滑自修复涂层具有优异的水润滑性能，具有较高的承载能力，表面磨损后可再次组装客体大分子修复水润滑性能。

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水润滑自修复涂层的制备方法，包括以下步骤：

将正硅酸乙酯、醇、水、无机酸和KH560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环氧基硅溶胶涂层，得到含有环氧基硅溶胶涂层的基体；

将所述含有环氧基硅溶胶涂层的基体浸入到氨基环糊精溶液中，进行接枝反应，在所述基体表面形成主体分子层，得到含有主体分子层的基体；

将含金刚烷的ATRP引发剂与烯基单体反应制备客体大分子；

将所述含有主体分子层的基体浸入到含客体大分子的溶液中，进行自组装，在所述基体表面形成耐磨水润滑自修复涂层。

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KH560的体积比为(1～15):1。

优选的，所述涂覆的方法包括旋涂或浸涂。

优选的，所述氨基环糊精溶液的溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺，所述氨基环糊精溶液的浓度为1～10mg/mL。

优选的，所述接枝反应的温度为50～100℃，时间为5～24h。

优选的，所述含客体大分子的溶液的溶剂为水，所述含客体大分子的溶液中客体大分子的浓度为2～50mg/mL。

优选的，所述自组装的温度为室温，时间为2～24h。

优选的，所述烯基单体为甲基丙烯酸-3-磺酸丙酯钾盐或[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵；所述含金刚烷的ATRP引发剂包括2-溴异丁酸金刚烷酯。

本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的耐磨水润滑自修复涂层；所述耐磨水润滑自修复涂层包括主体分子层和客体大分子层；所述主体分子层为接枝修饰环糊精分子的硅溶胶层；所述客体大分子层中含有金刚烷基团；所述主体分子层和客体大分子层通过非共价键结合。