聚合物基体表面聚合物刷的可再生修饰及其对材料亚表面接枝改性的调控

Surface-initiated atom transfer radical polymerization (SI-ATRP) for the preparation of polymer brush is one of the most important chemical modification method of surface, but it exists poor adhesion strength, complex repeat modification process, modification can not achieve sub-surface and other shortcomings. This project intends to synthesize a variety types of polymeric ATRP initiators and further polymerize into macromolecule initiators based on polyacrylate, polyurethane, polyester and other system to prepare materials which implanted initiating groups with covalently bound inside for achieving a stable anchor of the polymer brushes on surface of a variety of materials and renewable modification; By swell controlling of sub-surface through adding trace amounts of good solvent achieving the growth of polymer brushes in “grafting from” and “grafting through” mathod and performance modification of sub-surface of materials while improving polymer brush stability on substrate interface. Study the influence of initiator concentration, crosslinking density and swelling of the materials to the morphology ,thickness and bonding strength of polymer brushes. To provide new ideas and methods to achieve the renewable modification of polymer brushes and modification of material subsurface properties.

表面引发原子转移自由基聚合制备聚合物刷是表面接枝聚合进行化学修饰最重要的方法之一，但其存在修饰膜结合力差，重复修饰过程繁琐，无法实现材料亚表面性能的调控等缺点。本项目拟合成多种类型的可聚合的原子转移自由基聚合的引发剂，并通过聚合的方法得到聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚酯等多种体系的大分子引发剂，制备出基底内部以共价键的方式植入引发基团的多种材料，实现聚合物刷在多种材料表面的稳定锚固和聚合物刷的可再生性修饰；通过痕量良溶剂对基体亚表面进行溶胀调控，同时实现表面接枝（grafting from）和嫁接聚合(grafting through)生长聚合物刷，实现聚合物刷对聚合物材料亚表面的性能调控，同时提高聚合物刷在基体界面的稳定性。研究基体引发剂浓度、交联密度、溶胀深度等对聚合物刷的形貌、厚度和结合力以及亚表面的组成与结构等影响。为实现聚合物刷可再生修饰以及材料亚表面性能的调控提供新思路和方法。

项目构建了亚表面原子转移自由基聚合改性方法，在丙烯酸树脂、聚氨酯、 聚酯、环氧树脂等聚合物材料基材表面上形成了几十微米厚的聚合物刷改性的亚表面层，赋予材料表面改性层更好的机械性能，可承受高载摩擦和更好的抗海生物附着特性, 并实现了材料表面多次重复引发聚合改性。此外，项目采用亚表面引发聚合方法进行了多种材料的制备，包括聚合物修饰的电纺纳米纤维膜，实现了高效、持久的油水分离；改性聚苯乙烯纳米球生物润滑剂材料，该材料在高载荷下具有良好的摩擦性能和低的摩擦系数；高负载能力的双层结构仿关节软骨水凝胶润滑材料，材料在水环境中，在重载条件下（接触压力10 MPa级）具有极低的摩擦系数（0.010级），性能接近天然关节软骨；仿生力学自适应型水润滑界面材料，该材料很好地模拟了天然关节软骨的生化结构，实现了自适应润滑的调控，为设计仿生天然关节软骨材料提供了很好的思路。项目执行期间项目在国内外重要期刊上共发表研究论文12篇；申请发明专利7项，授权6件；项目成果服务于3家企业，取得良好的社会效益。