可见光诱导接枝聚合构建材料功能表面及应用研究

来源 :苏州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:misscxj890417L
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材料表面在使用过程中起到举足轻重的作用,然而大多数材料由于自身的限制使得其表面的性质并不能满足所有需求,因此,提出一种对材料表面改性修饰方法显得尤为重要。在表面改性众多方法中,可见光引发材料表面接枝聚合改性是一种反应条件温和、成本低以及环境友好型的一种改性方法;并且由于多巴胺及其衍生物在弱碱性条件下几乎可以黏附于任何材料表面,因此,本论文主要利用多巴胺衍生物在材料表面固定引发剂,提出了一系列基于可见光引发表面接枝改性的新方法。研究内容主要从以下三个方面展开:  1.基于多巴胺及其衍生物的粘附性能对于材料具有一定普适性,以及十羰基二锰(Mn2(CO)10)作为可见光引发剂在烷基溴存在下,可以由可见光照射引发自由基聚合,因此提出了一种基于可见光引发的材料表面接枝聚合功能化改性方法。首先,利用多巴胺合成带有异丁基溴基团的2-溴-N-(3,4-二羟基苯乙基)-2-甲基丙烯酰胺(BDAM),通过其在弱碱性下氧化自聚的性质在各类基材表面(金片、玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、耗散型石英晶体微天平(QCM-D)芯片)形成一层稳定的烷基溴层,随后以十羰基二锰(Mn2(CO)10)为光引发剂,通过可见光引发在金片表面接枝聚合不同类型单体NIPAAm、tBA、NVP、St;同样的利用可见光引发在各类基材表面接枝聚(N-异丙基)丙烯酰胺,通过可见光引发基材表面分别接枝聚合通过椭圆偏振仪、傅里叶红外光谱仪、X射线光电子能谱、水接触角仪、石英耗散天平等仪器分析了金片表面接枝聚合物后厚度的变化以及各材料表面接枝前后表面化学组成的变化。当聚合时间仅为10分钟的时候金片表面PNIPAAm的厚度约为203nm,并且单体初始浓度与表面厚度呈线性分布。实验结果表明该方法最大的特点是无论是对单体还是对基材均具有一定普适性,并且反应可以在温和条件下高效进行。  2.基于十羰基二锰(Mn2(CO)10)做为光引发剂时,可见光可引发光引发剂十羰基二锰裂解从而夺取烷基溴形成R?自由基,因此,提出一种基于在室温下可见光引发的PDMS表面自由基接枝聚合改性方法。首先将合成的10-十一烯-2-溴异丁酸酯作为第三组分混入PDMS成膜固化,得到表面带有烷基溴的PDMS,然后在Mn2(CO)10存在下可见光引发PDMS表面自由基接枝聚合不同类型的单体醋酸乙烯酯(VAc)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、甲基丙烯酸叔丁酯(t-BMA)、N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)、苯乙烯(St)、甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯(OEGMA)、甲基丙烯酸三氟乙酯(TFEMA)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)。通过傅里叶红外光谱仪、X射线光电子能谱、水接触角仪等仪器分析了PDMS改性前后表面化学组成以及表面浸润性的变化。并且选择醋酸乙烯酯为模型单体,表面接枝的聚醋酸乙烯酯(PVAc)通过醇解为聚乙烯醇(PVA)后,其水接触角由108o降为68o,并且醇解后的表面具有良好的抗细胞、抗细菌粘附的生物功能。  3.通过两种多巴胺衍生物N-(3,4-二羟基苯乙基)甲基丙烯酰胺(DAMA)和BDAM氧化自聚在金片表面固定碳碳双键和烷基溴层,然后通过热引发自由基共聚和光引发聚合在表面分别接枝PDMAEMA和聚(3-丙烯酰胺基)苯硼酸(PBA)制备混合刷改性的表面。通过椭圆偏振仪、傅里叶红外光谱仪、X射线光电子能谱、水接触角仪等分析了表面每一步改性后厚度以及化学组成的变化;通过Zeta电位仪分析了表面接枝混合刷后在不同pH下表面电荷的变化,在pH=5.3(等电点)时,表面不带电为电中性;当pH<5.3时,表面带正电,而pH>5.3时表面带负电。并以金黄色葡萄球菌为模型细菌,通过荧光染色法分析了混合刷改性的表面在不同pH下对细菌的粘附作用。结果表明,当pH小于等电点pH时表面粘附大量细菌,随着pH逐渐增加,表面细菌粘附量逐渐减少,说明可以通过简单的调控溶液pH来实现表面细菌粘附量的调控。
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