[发明专利]一种大面积亲水性聚合物刷涂层及其制备方法与应用

说明书

本发明揭示了一种大面积亲水性聚合物刷涂层及其制备方法与应用。所述大面积亲水性聚合物刷涂层的制备方法，包括：提供面积为1‑2000cmsupgt;2/supgt;的平面基底和金属基板；将凝胶引发剂施加于大面积平面基底的表面，得到修饰有可控自由基聚合引发剂的大面积平面基底；在金属基板的表面形成零价纳米金属层，得到负载有零价纳米金属层的金属基板；使聚合溶液填充于金属基板上的零价纳米金属层与大面积平面基底上的可控自由基聚合引发剂之间，使聚合溶液中的丙烯酸类单体进行自由基聚合，获得大面积亲水性聚合物刷涂层。本发明不需要加热以及高精度处理就能在大气环境下实现聚合制备，且接枝的聚合物刷涂层在防雾、防冰及防污领域都有良好的效果。

技术领域

本发明属于有机高分子制备技术领域，具体涉及一种大面积亲水性聚合物刷涂层及其制备方法与应用。

背景技术

聚合物刷通常指通过物理吸附或者共价键相互作用，将聚合物链的一端锚固在基底表面，在高的接枝密度下，聚合物链之间的相互排斥作用导致其在基底表面保持伸展的构象。通过表面接枝技术制备的聚合物刷，其化学组成、结构以及厚度在制备过程中可以得到很好的控制，可引入各种功能性官能团，能有效地调节材料表面的物理化学性质。因此，聚合物刷在表面防污、润滑、生物材料等领域有着广泛的应用前景，近年来已成为高分子化学和材料学的研究热点之一。

原子转移自由基聚合(ATRP)是可控自由基聚合制备聚合物刷的常用方法之一，由于其适用单体广泛、高分子化学结构可控及末端能再引发而收到广泛关注。但是，传统的原子转移自由基聚合由于需要严格的无氧环境保持亚铜盐催化剂的活性且聚合周期长限制了其实际应用。

近年来，各种耐氧性原子转移自由基聚合逐渐发展起来，例如电子转移再生活化剂ATRP(ARGET ATRP)，电化学介导ATRP(e-ATRP)，光介导ATRP(photo-ATRP)以及酶辅助ATRP(enzyme-assisted ATRP)。这些方法虽然有一定的耐氧性，但是大部分都要求密闭的反应环境，而且需要外部刺激(如：光、热、电等)来引发聚合，最重要的是对于大面积平面基底的聚合物刷制备，基底必须完全浸没在含有大量反应溶液的容器中，这样造成巨大的成本消耗并且单体利用率低下。现在，表面引发铜(0)介导的可控自由基聚合(SI-CuCRP)由于能在大气环境下使用少量单体合成晶圆级尺度的聚合物刷从而受到广泛关注。但是，这种方法使用的零价铜源解离铜离子困难、价格昂贵且制备规模停留在晶圆级尺度。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种大面积亲水性聚合物刷涂层及其制备方法与应用，以克服现有技术中存在的不足。

为实现前述发明的目的，本发明实施例采用的技术方案包括：

本发明实施例的一个方面提供了一种大面积亲水性聚合物刷涂层的制备方法，包括：

提供面积为1-2000cm2的平面基底和金属基板；

将凝胶引发剂施加于大面积平面基底的表面，得到修饰有可控自由基聚合引发剂的大面积平面基底；

在金属基板的表面形成50-500nm厚度的零价纳米金属层，得到负载有零价纳米金属层的金属基板；

使聚合溶液填充于所述金属基板上的零价纳米金属层与大面积平面基底上的可控自由基聚合引发剂之间，使聚合溶液中的丙烯酸类单体进行自由基聚合，获得大面积亲水性聚合物刷涂层。

进一步地，所述的制备方法，包括：将(对氯甲基)苯基三甲氧基硅烷、硅酸乙酯、第一溶剂、盐酸水溶液混合搅拌24-48h，转速200-1000rqm，得到凝胶引发剂。

进一步地，所述的制备方法，包括：使包含3-氨丙基三乙氧基硅烷、三乙胺、2-溴异丁酰溴和二氯甲烷的混合体系反应，获得中间产物；

将所述中间产物和硅酸乙酯、第一溶剂、盐酸水溶液混合搅拌24h，得到凝胶引发剂。