气相法高分子薄膜的纳米尺度调控和功能化
Nanoscale Engineering and Functionalization of Polymer Thin Films Using Vapor-based Approach
功能高分子薄膜作为一种表界面材料在生产生活中具有重要的应用价值,随着制备方法和工艺的逐渐成熟,研究重点逐渐向提高薄膜的稳定性和功能最大化方向发展.本文主要研究了引发式化学气相沉积方法制备功能高分子薄膜,探索了纳米尺度调控对薄膜结构和功能的优化,制备了亲水、超亲水表面和结构化超疏水、超疏油表面,以及对不同性质表面的应用做了初步探索.具体研究内容和成果如下:1.亲水抗生物吸附聚乙烯基吡咯烷酮(poly(N-vinyl pyrrolidone),PVP)薄膜,采用丙烯酸乙二醇酯(EGDA)作为交联剂,通过控制单体流量比得到了不同交联度的聚乙烯基吡咯烷酮-丙烯酸乙二醇酯共聚物薄膜(P(VP-co-EGDA)).对于平面和非平面基底分别采用直接接枝和分层原位接枝的方法提高薄膜与基底的结合强度.薄膜的亲水性以及抗生物吸附性随着交联度的减小而增加,平面基底和非平面基底最小水接触角分别为33±1o和0o.亲水改性的聚偏氟乙烯滤膜对蛋白质的吸附最佳效果减少了92%,并且能够有效减少大肠杆菌的吸附.直接接枝和双层原位接枝两种薄膜经长期水洗和超声处理后都能保持结构和功能的稳定性.2.我们在P(VP-co-EGDA)薄膜生长过程中原位接枝PVP,进一步提高了薄膜的亲水性与生物相容性.XPS测试结果表明,接枝PVP后相比于交联度最低的P(VP-co-EGDA)表面N元素的含量增加37%,表明内酰胺基团数量大大增加.水接触角测试结果中,接枝PVP的表面接触角进一步减小了11o.我们分别采用P(VP-co-EGDA)和P(VP-co-EGDA)基础上原位复合接枝PVP的薄膜对医用导管进行亲水改性,改性后导管水接触角分别为38o和28o.然后将这两种薄膜改性的导管植入小鼠皮下进行生物相容性测试,结果表明改性的导管相比未改性的导管生物相容性都有提高,其中经过原位接枝PVP的导管生物组织相容性效果更佳.3.气相法单步制备聚合物纳米阵列.在全氟癸基丙烯酸酯(PFDA)沉积过程中引入EGDA促使PPFDA纳米阵列结构的形成,通过调节EGDA和PFDA分压得到了不同密度和形貌的PPFDA纳米锥阵列,结构尺寸随着沉积时间的增加而增加.这种有序的PPFDA纳米锥阵列的形成具有基底普适性,由于全氟侧链极低的表面能和纳米粗糙度赋予了表面超疏水、超疏油的特性,其中在棉布表面水、甘油、乙二醇、二碘甲烷、菜油接触角均在170o以上,辛烷接触角在150o以上;纳米阵列修饰的硅片表面接触角前进角为162o,后退角为158o,滑动角小于1o.这种气相构筑聚合物纳米阵列的研究成果在制备超疏水超疏油表面以及聚合物纳米结构化生长方面均具有突破性的意义.本文通过以上三个部分的工作探索了气相法纳米尺度调控对薄膜稳定性、功能性以及表面结构化的影响和作用,为制备不同功能性的高分子薄膜提供了新的思路.
- 作者：
- 孙敏
- 学位授予单位：
- 宁波大学
- 专业名称：
- 物理化学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2017年
- 导师姓名：
- 叶羽敏
- 中图分类号：
- TB383.2；TQ317
- 关键词：
- 引发式化学气相沉积；超亲水；抗生物吸附；超疏水；高分子纳米阵列
- initiated chemical vapor deposition； superhydrophilic； antibiofouling； superhydrophobic； polymer nanostructure