功能性表面多硫聚合物刷的制备与性质研究

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对材料表面进行功能化修饰和改性对于拓宽材料应用领域、提高材料性能等有着至关重要的作用。降低材料表面的摩擦系数可以减少材料的摩擦磨损,减少因为摩擦而耗散的能量,延长仪器和装置的使用寿命在工业生产中有着至关重要的作用。在材料表面构建聚合物刷可以使材料表面具有抗污、防雾、抗菌、防腐,超润滑等特殊性能。银纳米粒子对于细菌,病毒等都有很好的灭杀效果,而硫醚基团和银纳米粒子有很好的螯合能力,并且硫醚具有氧化敏感性,低价态的硫醚呈现出疏水性,在氧化剂存在的下,能够氧化成较高价态的亚砜或者砜。本文用含硫醚的单体制备聚合物刷,以实现表面对银纳米粒子的负载,并通过调控硫醚基团的氧化程度改变材料表面的摩擦性能。首先,本文制备了一种硫醚单体,然后用表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)成功制备了硫醚聚合物刷[聚甲基丙烯酸3-(甲硫基)丙酯](poly MPE),然后用不同的氧化剂对硫醚基团进行不同程度的氧化,并对聚合物刷氧化前后表面元素组成、形貌结构等进行了系统的表征。对氧化前后的三种聚合物刷在水作润滑剂时的摩擦性能进行了测试,结果显示随着聚合物刷厚度的增加,摩擦因数增大,不利于减摩。而将疏水性的硫醚聚合物刷氧化成亲水的亚砜和砜之后,聚合物链构象伸展,聚合物刷表面的摩擦因数有很明显的降低。所以我们可以通过氧化还原反应对表面聚合物刷进行亲疏水的调控,从而调整表面的摩擦性能。然后,我们研究了硫醚聚合物刷对银纳米粒子的负载能力。并且为了使聚合物刷更好地负载银纳米粒子,用SI-ATRP法制备了poly MPE-b-PMMA双层聚合物刷。对poly MPE-b-PMMA聚合物刷的元素组成、形貌结构等进行了系统的表征。然后对poly MPE刷和poly MPE-b-PMMA聚合物刷的负载银纳米粒子能力进行了表征,并测试了负载银纳米粒子对表面的摩擦性能的影响。结果显示,poly MPE和poly MPE-b-PMMA对银纳米粒子的负载能力都较强,尤其是在加了上层PMMA后,poly MPE层吸附的银纳米粒子被锁住,负载能力更强。聚合物刷在负载银纳米粒子之后,摩擦性能也受到了较大的影响,由于相对较硬的银纳米粒子存在,表面变粗糙,摩擦因数有很大的增长。
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