CN107474297B - 一种利用形状记忆聚合物和温度响应分子来协同调节浸润性的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用形状记忆聚合物和温度响应分子来协同调节浸润性的方法,涉及一种对材料的表面实现浸润性调控的方法。本发明的方法步骤要点如下:(1)使用光刻法对硅片进行刻蚀;(2)利用PDMS对硅片进行赋形;(3)利用PDMS模板进行形状记忆环氧树脂微阵列的赋形;(4)在形状记忆环氧树脂微阵列表面接枝聚氮异丙基丙烯酰胺;(5)利用(4)得到的样品进行表面浸润性调控。本发明首次将表面微观结构调控与表面温度响应分子相结合,可通过物理调控和化学调控协同作用,首次实现了同一表面的浸润性从超亲水到超疏水的可控转化,得到的智能表面可用于智能器件,如微流体装置,生物探测,定位药物释放等领域,是一种全新的响应表面制备技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种对材料的表面实现浸润性调控的方法。
背景技术
浸润性作为固体表面的一个重要特征,在我们的生产生活中扮演着非常重要的角色,如管道运输,防雾,药物的可控释放,机器润滑等。由于不同的生产实际中对浸润性有着不同的要求,超亲水,超疏水等不同浸润性表面也随着人们的需求被不断的研究出来。而在一些特殊的领域,要求不同状态下呈现出不同的浸润性特征,这就要求对材料的表面可以实现浸润性的可控调控。
聚氮异丙基丙烯酰胺作为温度响应分子,由于其具有较低的LCST,可以被用来通过温度条件的刺激来控制表面的浸润性,被用于在硅片,玻璃,细胞培养基表面的接枝,从而用于药物释放,细胞培养等领域。
随着研究的深入,对于同一表面的浸润性调控在不断更新,但是研究中往往只给出超亲水到超疏水之间的转变,而对于中间状态的研究很少,即使某些调控可以得到中间状态,也处于一种难控制的中间态,不能进行很好的调控。因而,一种可以很好的实现表面浸润性调控的方法是迫切需要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用形状记忆聚合物和温度响应分子来协同调节浸润性的方法,该方法将温度响应分子聚氮异丙基丙烯酰胺接枝到环氧树脂微阵列表面,利用环氧树脂的形状记忆功能,将物理的形貌调控和化学调控很好的结合起来,实现很好的浸润性调控。
本发明为实现上述目的,采取的技术方案如下:
一种利用形状记忆聚合物和温度响应分子来协同调节浸润性的方法,所述方法包括以下步骤:
步骤一:使用光刻法对硅片进行刻蚀,使硅片表面呈现出不同的阵列,刻蚀的硅片的阵列长宽为10μm×10μm,阵列间距为5μm-30μm,阵列高度为10μm-30μm;
步骤二:利用聚二甲基硅氧烷对硅片进行赋形,预聚体与固化剂的重量比为90-150:10,固化温度为65-100℃,固化后脱模,得到与硅片阵列相反的PDMS模板;
步骤三:利用PDMS模板进行形状记忆环氧树脂微阵列的赋形,使用环氧树脂和固化剂,并按照重量比为0.01~0.017:1的比例配胶,在60-120℃之间固化10-24h,脱模,得到形状记忆环氧树脂微阵列;
步骤四:在形状记忆环氧树脂微阵列表面接枝聚氮异丙基丙烯酰胺:将得到的形状记忆环氧树脂微阵列在氧等离子体下处理5-30min;用硅烷偶联剂处理2-6h,使形状记忆环氧树脂微阵列表面接枝氨基;使用正己烷或甲苯作为溶剂,加入400-1200μL吡啶,500-1000μL引发剂溴异丁酰溴,其中,吡啶与溶剂的比例0.5-3%v/v,引发剂溴异丁酰溴与溶剂的比例为2%-5%v/v,在0℃时反应0.5-3h,室温反应8-14h,取出后,洗净,并用水吹干,将引发剂溴异丁酰溴接枝到形状记忆环氧树脂微阵列表面;取除去阻聚剂的氮异丙基丙烯酰胺单体0.8-2g,5-10mL甲醇,5-10mL水,200-400μL的N,N,N’,N′,N′,-五甲基二乙烯三胺,并将它们混合,在无氧环境下加入溴化亚铜0.064-0.192g,ATRP反应在无氧,25-50℃环境下进行2-6h,将得到的样品洗净,用氮气吹干;
步骤五:利用步骤四得到的样品进行表面浸润性的调控:当形状记忆环氧树脂微阵列处于原始的直立状态时,在T<LCST下,形状记忆环氧树脂微阵列表面呈现超亲水状态,在T>LCST状态下,形状记忆环氧树脂微阵列表面呈现超疏水状态;当形状记忆环氧树脂微阵列被压倒时,在T<LCST状态下,形状记忆环氧树脂微阵列表面呈现亲水状态,在T>LCST状态下,形状记忆环氧树脂微阵列表面呈现疏水状态,对形状记忆环氧树脂微阵列进行加热,使温度高于环氧树脂玻璃化转变温度,形状记忆环氧树脂微阵列自发回复到原来的直立状态,通过调节T<LCST和T>LCST,结合形状记忆阵列回复的不同程度,同一形状记忆环氧树脂微阵列表面能够实现接触角超亲水到超疏水之间的任意调控。
本发明相对于现有技术的有益效果是:本发明的技术方案首次将表面微观结构调控与表面温度响应分子相结合,通过通过物理调控和化学调控协同作用,首次实现了同一表面的浸润性从超亲水到超疏水的可控转化,得到的材料可用于智能器件,如微流体装置,生物探测,定位药物释放等领域,是一种全新的响应表面制备技术。
附图说明
图1为环氧树脂微阵列表面接枝PNIPAAm表面的xps碳峰分峰图;
图2为表面接枝PNIPAAm的环氧树脂微阵列SEM图;
图3为表面接枝PNIPAAm的环氧树脂微阵列压倒SEM图;
图4为表面接枝PNIPAAm的环氧树脂微阵列回复SEM图;
图5为接枝后环氧树脂微阵列直立状态下25℃测得的接触角示意图;
图6为接枝后环氧树脂微阵列倒伏状态下25℃测得的接触角示意图;
图7为接枝后环氧树脂微阵列倒伏状态下50℃测得的接触角示意图;
图8为接枝后环氧树脂微阵列直立状态下50℃测得的接触角示意图;
图1中标号1表示-CF2-:291.9eV;标号2表示-CONH2:287.44eV;标号3表示-CH-:285.67eV;标号4表示-CH2-,-CH3:284.9eV。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明,但并不局限于此,凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一:一种利用形状记忆聚合物和温度响应分子来协同调节浸润性的方法,所得结果见附图1-8,所述方法包括以下步骤:
步骤一:使用光刻法对硅片进行刻蚀,使硅片表面呈现出不同的阵列,刻蚀的硅片的阵列长宽为10μm×10μm,阵列间距为5μm-30μm,阵列高度为10μm-30μm;
步骤二:利用聚二甲基硅氧烷对硅片进行赋形,预聚体与固化剂的重量比为90-150:10,固化温度为65-100℃,固化后脱模,得到与硅片阵列相反的PDMS模板;
步骤三:利用PDMS模板进行形状记忆环氧树脂微阵列的赋形,使用环氧树脂和固化剂,并按照重量比为0.01~0.017:1的比例配胶,在60-120℃之间固化10-24h,脱模,得到形状记忆环氧树脂微阵列;
步骤四:在形状记忆环氧树脂微阵列表面接枝聚氮异丙基丙烯酰胺:将得到的形状记忆环氧树脂微阵列在氧等离子体下处理5-30min;用硅烷偶联剂处理2-6h,使形状记忆环氧树脂微阵列表面接枝氨基;使用正己烷或甲苯作为溶剂,加入400-1200μL吡啶,500-1000μL引发剂溴异丁酰溴,其中,吡啶与溶剂的比例0.5-3%v/v,引发剂溴异丁酰溴与溶剂的比例为2%-5%v/v,在0℃时反应0.5-3h,室温反应8-14h,取出后,洗净,并用水吹干,将引发剂溴异丁酰溴接枝到形状记忆环氧树脂微阵列表面;取除去阻聚剂的氮异丙基丙烯酰胺单体0.8-2g,5-10mL甲醇,5-10mL水,200-400μL的N,N,N’,N′,N′,-五甲基二乙烯三胺,并将它们混合,在无氧环境下加入溴化亚铜0.064-0.192g,ATRP反应在无氧,25-50℃环境下进行2-6h,将得到的样品洗净,用氮气吹干;
步骤五:利用步骤四得到的样品进行表面浸润性的调控:当形状记忆环氧树脂微阵列处于原始的直立状态时,在T<LCST(室温状态)下,形状记忆环氧树脂微阵列表面呈现超亲水状态,在T>LCST(加热状态)状态下,形状记忆环氧树脂微阵列表面呈现超疏水状态;当形状记忆环氧树脂微阵列被压倒时,在T<LCST状态下,形状记忆环氧树脂微阵列表面呈现亲水状态,在T>LCST状态下,形状记忆环氧树脂微阵列表面呈现疏水状态,对形状记忆环氧树脂微阵列进行加热,使温度高于环氧树脂玻璃化转变温度,形状记忆环氧树脂微阵列自发回复到原来的直立状态,通过调节T<LCST和T>LCST,结合形状记忆阵列回复的不同程度,同一形状记忆环氧树脂微阵列表面能够实现接触角超亲水到超疏水之间的任意调控。对样品表面进行xps表征,如附图1;进行SEM表征如附图2;25℃下测量接触角,如图5,为超亲水;50℃下测量接触角,如图8,为超疏水;将阵列压倒,SEM如图3所示;25℃下测量其接触角,为亲水,如图6所示;50℃下测量其接触角,为疏水,如图7所示;将其阵列回复到直立状态,SEM如图4所示。
具体实施方式二:具体实施方式一所述的利用形状记忆聚合物和温度响应分子来协同调节浸润性的方法,步骤三中,所述环氧树脂为环氧树脂E51或环氧树脂E44,所述固化剂为正辛胺、十二胺、间苯二甲胺、三乙烯四胺、邻苯二甲酰亚胺。
具体实施方式三:具体实施方式一或二所述的利用形状记忆聚合物和温度响应分子来协同调节浸润性的方法,步骤四中,所述硅烷偶联剂为3氨基丙基甲氧基硅烷或3氨基丙基乙氧基硅烷。
下表为阵列压倒前,压倒及回复后的xps分析:
从上表中可以看出,样品的形貌在变化过程中,表面化学物质不发生明显的变化。
Claims (3)
1.一种利用形状记忆聚合物和温度响应分子来协同调节浸润性的方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:
步骤一:使用光刻法对硅片进行刻蚀,使硅片表面呈现出不同的阵列,刻蚀的硅片的阵列长宽为10μm×10μm,阵列间距为5μm -30μm,阵列高度为10μm -30μm;
步骤二:利用聚二甲基硅氧烷对硅片进行赋形,预聚体与固化剂的重量比为90-150:10,固化温度为65-100℃,固化后脱模,得到与硅片阵列相反的PDMS模板;
步骤三:利用PDMS模板进行形状记忆环氧树脂微阵列的赋形,使用环氧树脂和固化剂,并按照重量比为0.01~0.017:1的比例配胶,在60-120℃之间固化10-24h,脱模,得到形状记忆环氧树脂微阵列;
步骤四:在形状记忆环氧树脂微阵列表面接枝聚氮异丙基丙烯酰胺:将得到的形状记忆环氧树脂微阵列在氧等离子体下处理5-30min;用硅烷偶联剂处理2-6h,使形状记忆环氧树脂微阵列表面接枝氨基;使用正己烷作为溶剂,加入400-1200μL吡啶,500-1000μL引发剂溴异丁酰溴,其中,吡啶与溶剂的比例0.5-3%v/v,引发剂溴异丁酰溴与溶剂的比例为2%-5%v/v,在0℃时反应0.5-3h,室温反应8-14h,取出后,洗净,并用水吹干,将引发剂溴异丁酰溴接枝到形状记忆环氧树脂微阵列表面;取除去阻聚剂的氮异丙基丙烯酰胺单体0.8-2g,5-10mL甲醇,5-10mL水,200-400μL的N,N,N’,N′,N′,-五甲基二乙烯三胺,并将它们混合,在无氧环境下加入溴化亚铜0.064-0.192g,ATRP反应在无氧,25-50℃环境下进行2-6h,将得到的样品洗净,用氮气吹干;
步骤五:利用步骤四得到的样品进行表面浸润性的调控:当形状记忆环氧树脂微阵列处于原始的直立状态时,在T<LCST下,形状记忆环氧树脂微阵列表面呈现超亲水状态,在T>LCST状态下,形状记忆环氧树脂微阵列表面呈现超疏水状态;当形状记忆环氧树脂微阵列被压倒时,在T<LCST状态下,形状记忆环氧树脂微阵列表面呈现亲水状态,在T>LCST状态下,形状记忆环氧树脂微阵列表面呈现疏水状态,对形状记忆环氧树脂微阵列进行加热,使温度高于环氧树脂玻璃化转变温度,形状记忆环氧树脂微阵列自发回复到原来的直立状态,通过调节T<LCST和T>LCST,结合形状记忆阵列回复的不同程度,同一形状记忆环氧树脂微阵列表面能够实现接触角超亲水到超疏水之间的任意调控。
2.根据权利要求1所述的利用形状记忆聚合物和温度响应分子来协同调节浸润性的方法,其特征在于:步骤三中,所述环氧树脂为环氧树脂E51或环氧树脂E44,所述固化剂为正辛胺、十二胺、间苯二甲胺、三乙烯四胺或邻苯二甲酰亚胺。
3.根据权利要求1或2所述的利用形状记忆聚合物和温度响应分子来协同调节浸润性的方法,其特征在于:步骤四中,所述硅烷偶联剂为3氨基丙基甲氧基硅烷或3氨基丙基乙氧基硅烷。
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