不同极性微量选择性溶剂对聚合物膜表面浸润性的控制

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1、万方数据V01．302009年11月高等学校化学学报CHEMICALJOURNAL0FCHINESEUNIVERSITIESNo．1l230l一2305不同极性微量选择性溶剂对聚合物膜表面浸润性的控制赵天艺1’，张勇1，刘欢1，王树涛1，张志杰1，江雷1(1．中国科学院化学研究所，分子科学中心，北京100190；2．中国科学院研究生院，北京100049)摘要通过在双亲性三嵌段共聚物(PEO—PDMS—PEO)的溶液中加入不同极性的微量选择性溶剂，分别制得胶束和反胶柬微粒，不同组分的溶液涂膜后显示出明

2、显的浸润性差异．采用透射电镜、原子力显微镜和x射线光电子能谱分别对胶束和反胶束微粒在溶液中和成膜后的结构以及表面化学组成进行了表征，结果表明，不同选择性溶剂所形成的胶束和反胶柬微粒的结构差异，导致了涂膜的表面化学组成的不同，最终影响其表面浸润性．关键词嵌段共聚物；聚合物膜；微量选择性溶剂；浸润性控制中图分类号063I文献标识码A文章编号0251-0790(2009)11-2301105近年来，双亲性嵌段共聚物由于其自发形成不同形态的独特性质而引起人们的广泛关注¨。j．人们通过不同的胶束化方法实现了对

3、胶柬形貌的控制，得到了如球形、柱形、虫状和棒状等一系列胶柬微粒∞“J．这些具有特殊纳米和微米结构的微粒被用于药物运输等许多方面o“8

4、，然而其在浸润性领域的研究却并不多见．最近，徐坚研究组一。利用嵌段共聚物胶束化后提供的疏水性官能团和其独特的微尺度结构制备了一种超疏水表面，拓展了两亲性嵌段共聚物的应用范围，但并未体现出嵌段共聚物的双亲性对固体表面浸润性的控制．近年来，表面浸润性可控材料在自清洁、微流体、药物释放、药物传输、仿生、纳米粒子模板和组织工程等领域都有很高的应用价值，已经成为一个十分重要的研

5、究方向¨“坼J，其中，通过温度、光、电、磁场等外界环境的调控，来实现表面浸润性在亲水和疏水之间的转换，已成为目前的研究重点¨“”J．Minko等旧引利用聚合物接枝技术制备了一种具有二级自调节结构的聚合物膜，通过该聚合物膜在不同溶剂浸泡过程中的相分离性质以及由此导致的聚合物膜表面化学组成的变化，实现了浸润性的溶剂响应性．然而，以往这些依赖外界环境的根本性改变对浸润性进行调节的手段，灵敏度不高，又浪费大量的药品和资源．本文通过添加不同极性微量选择性溶剂(体积分数为0．1％)，使两亲性嵌段共聚物在溶液中发

6、生不同效果的相分离，得到胶柬和反胶束微粒，涂膜后得到了浸润性完全相反的表面．水接触角(CA)测量结果表明，胶束和反胶束溶液在平滑基底上的涂膜分别体现出亲水和疏水的性质，其CA相差45。，在粗糙基底上涂膜，浸润性差异被进一步放大，CA差值甚至大于1000．这种新颖的微量溶剂控制浸润性的方法，有望开启浸润性调控领域的新篇章，并可在药物检测等领域有重要应用．1实验部分1．1试剂与仪器聚氧乙烯10-聚二甲基硅氧烷135．聚氧乙烯，o(H0一(C2H40)一[(CH3)2SiO]135一(C2H。O)10一0

7、H，PEO．b．FDMS—b，PEO)(M。=17886，M。=10840)，具体的合成方法可参考文献[23，24]．丙酮，分析纯，北京化工厂；去离子水，Milli-Qacademic(Millipore0．22Ixm)超纯水，美国Millipore公司；正己烷，分收稿日期：2009-03·17．基金项目：国家自然科学基金(批准号：20571077)资助．联系人简介：张志杰，男，博士，研究员．博士生导师，主要从事含硅聚合物新材料的研究．E-mail：zhangzj@ieeas．∞．clI江雷，男，博

8、士，研究员．博士生导师。主要从事仿生纳米材料研究．E-inlIil!jJanglei@iecas．∞．∞万方数据高等学校化学学报V01．30析纯，北京化工厂；日本JEOL公司JSM-6700场发射扫描电子显微镜(FESEM)．德国Dataphysics公司OCA20接触角测定仪．每滴水用量2卜L，每个聚合物膜取5个不同位置进行测量，取平均值．ESCAL-ab220i—XL光电子能谱仪．激光刻蚀系统，QuikLazelI(NewWaveResearch，USA)，所用激光波长和照射频率分别为532nn

9、q和20Hz，由平滑硅片刻蚀而成的硅微米柱的宽、高和间距分别为10，20和10p,m·1．2实验过程1．2．1胶束溶液的配置首先，将嵌段共聚物溶于丙酮中，充分搅拌12h，配成lmg／mL的稀溶液；然后加入体积分数为0．1％的丙酮去离子水作选择性溶剂，并将混合溶液充分搅拌10h，得到稳定的胶束溶液．将胶束溶液涂在干净的硅基底上并置于稳定的环境中2h，使溶剂挥发干燥，就得到胶束覆盖的聚合物膜．反胶束溶液和膜的制作过程与胶柬类似，但选择性溶剂为正己烷．1．2．2基底的处理将