一种在微织构表面上接枝聚合物单体的制备方法与流程

文档序号:11191242阅读:707来源:国知局
一种在微织构表面上接枝聚合物单体的制备方法与流程

本发明属于固体表面微织构以及表面接枝领域,具体涉及一种在微织构表面上接枝聚合物单体的制备方法。



背景技术:

表面接枝是指通过化学反应的方式从基体表面上逐步“长出”聚合物链的过程,这些致密的链最终覆盖在表面上形成特定厚度的聚合物层。接枝后表面的性能由其单体的性能而定,通过选择合适的单体可赋予被接枝表面独特的防雾、防污、防腐、超润滑等性能。然而,由于聚合物链与基体表面的连接并不牢固,接枝层存在易撕裂、易破损的问题,使得接枝层表面承载能力较低,限制了表面接枝技术的广泛使用。



技术实现要素:

本发明的目的是针对现有接枝层表面易撕裂、易破损的不足,提供一种在微织构表面上接枝聚合物单体的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:

一种在微织构表面上接枝聚合物单体的制备方法,所述的方法是在微织构表面依次实现表面上羟基的生成、羟基与引发剂之间的共价结合、引发剂与单体之间的共价结合。

进一步,所述制备方法包括如下步骤:

(1)选取基体材料,将基体分解成15×20mm大小的片;

(2)采用激光加工技术在基体表面制备微织构并对表面进行清洗打磨处理;

(3)依次用正己烷、丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗3min,用氮气吹干,将干燥的微织构基体表面放入体积比3:1的浓硫酸与双氧水的120℃混合溶液中浸泡30min,用去离子水反复清洗,氮气吹干,放入90℃烘箱处理60min,再用等离子体发生装置对基体表面进行等离子体处理,得到表面富含羟基的微织构基体;

(4)将表面富含羟基的微织构基体浸没到3-(2-溴异丁醇胺基)丙基(三甲氧基)硅烷溶液中,室温下反应12h后取出,依次用甲苯、乙醇、去离子水分别超声清洗3次,每次1-2min,用氮气吹干,得到表面接有引发剂层的微织构基体;

(5)将单体溶液抽真空后使用氮气填充20min,在氮气保护下向单体溶液中注入2.5ml无氧气的三氟乙醇,得到单体混合液;

(6)在氮气保护下,用注射器抽取全部的单体混合液注入含有10mg溴化亚铜与接有引发剂层的微织构基体的试管中,密封试管,室温下震荡反应一定时间后暴露于空气中终止反应,将基体取出,用三氟乙醇清洗15min,再用氮气干燥,得到接有聚合物层的微织构基体表面,即实现了在微织构表面上接枝聚合物单体的制备。

再进一步,所述步骤(1)中,所述基体材料包括但不限于硅、二氧化硅、不锈钢、铝、铜、碳化硅或氮化硅。

更进一步,所述步骤(2)中,所述微织构包括但不限于圆、三角形、多边形、网格形、条纹形、箭头形、螺旋线形、文字形、花瓣形、手掌形或头像形的一种或几种组合的深度一致或递变的微凹坑或微凸柱。

优选的,所述步骤(3)中,所述等离子体处理电压80-90v,电流0.8-0.9a,处理时间90-120s。

优选的,所述步骤(4)中,所述的3-(2-溴异丁醇胺基)丙基(三甲氧基)硅烷溶液的配制方法是将3-(2-溴异丁醇胺基)丙基(三甲氧基)硅烷溶于无水甲苯中,浓度为1mmol/l。

优选的,所述步骤(5)中,所述的单体溶液的配制方法是由0.6g单体、2.5ml去离子水、13μl三(2-二甲氨基乙基)胺混合制得。

进一步地,所述的单体包括n-(4-乙烯基苄基)-n,n-二烷基氨基、3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐或磺基甜菜碱乙烯基咪唑等。

本发明的技术构思为:表面织构化处理是在表面上加工一系列微织构或微凸起的表面形貌制备技术。织构内部可以储存润滑液体,能够有效提高表面的承载能力。此外,在织构表面制备涂层时,织构可以有效的保护织构内的涂层不被磨损,从而延长其使用寿命。因此,发明一种在微织构表面上接枝聚合物单体的制备方法,可以在发挥被接枝聚合物有益作用的同时,很好的保护被接枝聚合物不被外力磨损、撕裂,对表面接枝技术的工业应用具有重要作用。

本发明的优点和技术效果在于:本发明可以在发挥被接枝聚合物有益作用的同时,很好的保护被接枝聚合物不被外力磨损、撕裂,对表面接枝技术的工业应用具有重要作用,该方法条理清晰、操作简便,可广泛应用于各种宏观、微观机械零部件表面的加工中。

附图说明

图1为本发明基体表面圆柱凹坑织构三维视图。

图2为本发明硅片基体表面采用激光加工微织构形貌图。

图3为本发明的制备方法的工艺流程图。

图4为硅片表面圆柱凹坑织构内接有3-(2-溴异丁醇胺基)丙基(三甲氧基)硅烷引发剂的光电子能谱成份分析图。

图5为硅片表面圆柱凹坑织构内接有聚n-(4-乙烯基苄基)-n,n-二烷基氨基的光电子能谱成份分析图。

图6为硅片表面圆柱凹坑织构内接枝反应48h后接有聚n-(4-乙烯基苄基)-n,n-二烷基氨基的扫描电镜形貌图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

如图1和图2所示:在所选基体材料上采用激光加工技术制备所需形状、尺寸的微织构表面。

如图3所示:一种在微织构表面上接枝聚合物单体制备方法的工艺流程图。

实施例1:一种微凹坑不锈钢表面接枝聚n-(4-乙烯基苄基)-n,n-二烷基氨基的制备,依次按照如下步骤进行:

(1)将316l不锈钢分解成15×20mm大小的片;

(2)采用激光加工技术在316l不锈钢表面制备不同几何参数的微凹坑织构并对其表面进行研磨抛光处理;

(3)依次用正己烷、丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗3min,用氮气吹干,将316l不锈钢微凹坑织构表面放入体积比3:1的浓硫酸与双氧水的120℃混合溶液中浸泡30min,用去离子水反复清洗,氮气吹干,放入90℃烘箱处理60min,再用电压90v、电流0.9a的等离子体发生装置对316l不锈钢微凹坑表面进行120s等离子体处理,就得到了表面富含羟基的316l不锈钢微凹坑基体;

(4)将表面富含羟基的316l不锈钢微凹坑基体浸没到浓度为1mmol/l的3-(2-溴异丁醇胺基)丙基(三甲氧基)硅烷的甲苯溶液中,室温下反应12h后取出,依次用甲苯、乙醇、去离子水分别超声清洗3次,每次1-2min,用氮气吹干,得到接有引发剂层的316l不锈钢微凹坑表面;

(5)取n-(4-乙烯基苄基)-n,n-二烷基氨基单体0.6g、2.5ml去离子水、13μl三(2-二甲氨基乙基)胺配制出单体溶液,将单体溶液抽真空后使用氮气填充20min,在氮气保护下向单体溶液中注入2.5ml无氧气的三氟乙醇,得到单体混合液;

(6)在氮气保护下,用注射器抽取全部的单体混合液注入含有10mg溴化亚铜与接有引发剂层的316l不锈钢微凹坑基体的试管中,密封试管,室温下震荡反应24h后暴露于空气中终止反应,将316l不锈钢基体取出,用三氟乙醇清洗15min,再用氮气干燥,即得到接有聚n-(4-乙烯基苄基)-n,n-二烷基氨基的316l不锈钢微凹坑表面。

实施例2:微凹坑织构硅晶片表面接枝聚n-(4-乙烯基苄基)-n,n-二烷基氨基的制备,依次按照如下步骤进行:

(1)将硅晶片分解成15×20mm大小的片;

(2)采用激光加工技术在硅晶片表面制备直径50μm、孔间距50μm、孔深40μm的微凹坑织构表面,将带织构硅片表面浸入浓度为40%的氢氟酸溶液6min,接着对表面进行研磨抛光处理,表面形貌如图2所示;

(3)依次用正己烷、丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗3min,用氮气吹干,将微凹坑织构硅晶片表面放入体积比3:1的浓硫酸与双氧水的120℃混合溶液中浸泡30min,用去离子水反复清洗,氮气吹干,放入90℃烘箱处理60min,再用电压80v、电流0.8a的等离子体发生装置对微凹坑织构硅晶片表面进行90s等离子体处理,就得到了表面富含羟基的微凹坑织构硅晶片基体;

(4)将表面富含羟基的微凹坑织构硅晶片基体浸没到浓度为1mmol/l的3-(2-溴异丁醇胺基)丙基(三甲氧基)硅烷的甲苯溶液中,室温下反应12h后取出,依次用甲苯、乙醇、去离子水分别超声清洗3次,每次1-2min,用氮气吹干,得到接有引发剂层的微凹坑织构硅晶片表面,采用x射线光电子能谱分析仪对微凹坑织构内进行分析,如图4所示,表明硅晶片上微凹坑织构内已接有所用引发剂;

(5)取n-(4-乙烯基苄基)-n,n-二烷基氨基单体0.6g、2.5ml去离子水、13μl三(2-二甲氨基乙基)胺配制出单体溶液,将单体溶液抽真空后使用氮气填充20min,在氮气保护下向单体溶液中注入2.5ml无氧气的三氟乙醇,得到单体混合液;

(6)在氮气保护下,用注射器抽取全部的单体混合液注入含有10mg溴化亚铜与接有引发剂层的微凹坑织构硅晶片基体的试管中,密封试管,室温下震荡反应48h后暴露于空气中终止反应,将微凹坑织构硅晶片取出,用三氟乙醇清洗15min,再用氮气干燥,即得到接有聚n-(4-乙烯基苄基)-n,n-二烷基氨基的微凹坑织构硅晶片表面,采用x射线光电子能谱分析仪对微凹坑织构内进行分析,如图5所示,表明硅晶片上微凹坑织构内已接有所用单体的聚合物层;采用扫描电镜对表面形貌进行观察,如图6所示,可明显观测到微凹坑织构内所接枝的聚合物层。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举,本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式,本发明的保护范围也包涵本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

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