[发明专利]一种聚电解质复合物涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于喷涂技术的聚电解质复合物涂层，其制备以聚电解质复合物为基础，经喷涂后进行退火处理，最终制备得到均匀、完整的聚电解质复合物涂层，该方法极大地提高了涂层的制备效率和聚电解质材料的利用率，同时极大地促进了制备过程的自动化水平。

技术领域

本发明涉及涂层制备技术领域，具体而言，涉及一种聚电解质复合物涂层及其制备方法。

背景技术

在分子链上带有可电离的离子性基团的高分子称为聚电解质(Polyelectrolyte)。当聚电解质溶于介电常数很大的溶剂中时，就会发生解离，在溶液中形成高分子离子和许多小分子离子。聚电解质材料包含合成的聚电解质，如聚丙烯酸、聚苯磺酸钠、聚(4-乙烯基吡啶)等；天然高分子聚电解质则主要有壳聚糖、海藻酸钠、透明质酸钠及经过化学改性的纤维素，它们都是来源于自然界的多糖类物质；从广义上来讲，绝大多数与生命活动有关的生物大分子(如DNA、硫酸鱼精蛋白等)也都是聚电解质。

由于聚电解质材料广泛的来源与其自身独特的理化性质，聚电解质被广泛应用于表界面涂层领域，诸如光电材料、分离膜材料改性、电池隔膜、生物材料及器械表面改性等方面。经典的制备聚电解质涂层的方法是层层自组装(Layer by layer self-assembly,LBL)法，其基本原理是通过基底材料在带有相反电荷的聚电解质溶液中交替浸没，通过聚电解质材料本身的静电力及其他相互作用(如氢键、疏水相互作用、超分子主客体相互作用)等，在材料的表面层层吸附形成涂层。由于组装过程要求材料在溶液中交替浸没，并且许多组装过程包含清洗步骤，通过层层自组装法制备聚电解质涂层往往要耗费大量的时间和繁杂的步骤，因此该方法在制备过程中的低效率以及在原材料利用方面的低效率，限制了其在工业化制备的应用前景。为了提高组装的效率问题，人们不断开发研究，其中喷涂辅助的层层组装与旋涂辅助层层组装技术得到了广泛的关注。喷涂辅助层层组装的基本原理是通过将聚电解质溶液直接雾化，并交替喷涂到基底材料的表面；由于其自动化交替喷涂的速度很快，因此大大提高了组装的效率。旋涂辅助层层组装的基本原理是通过将聚电解质液滴滴加到快速旋转的平面基底材料表面，由于基底材料处于快速旋转状态，加速了未吸附的液滴在材料表面的脱离，因此同样加速了组装的效率。然而以上两种改进的层层组装过程依然面临着严重的材料浪费，并且旋涂辅助层层组装只适用于平面材料的涂层构建。因此，一种同时具备简单、快速和高原材料利用率的构建聚电解质涂层的方法依然处于空白。

事实上，聚电解质材料在基底表面的层层组装过程，本质上是聚电解质受控在材料表面形成聚电解质复合物(Polyelectrolyte Complex)的过程。而同时，聚电解质溶液通过简单的混合就能形成这种复合物。基于这个原理，人们发现将聚电解质复合物沉淀后离心便能收集出聚电解质复合物材料。聚电解质复合物展现出高效原材料利用率和简单的制备过程，但是目前为止，依然没有关于利用聚电解质复合物制备涂层的报道。因此，若能基于聚电解质复合物材料，构建一种快速高效与简便的方法制备聚电解质涂层，这对于推动聚电解质材料在工业化的应用中具有重大和深远的意义。

发明内容

本发明利用聚电解质复合物高效的原材料利用率和简便的制备特性，探索一种全新的制备聚电解质涂层的方法，从而改善以往制备方法中所存在的制备效率低、自动化程度低以及原材料利用率低等技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种聚电解质复合物涂层的制备方法，包括：

(1)聚电解质复合物稳定悬浮液制备

将带有正电荷聚电解质的水溶液和带有负电荷聚电解质的水溶液混合，得到聚电解质复合物稳定悬浮液；

(2)制备初级涂层

将步骤(1)得到的聚电解质复合物稳定悬浮液沉积到基底材料表面，得到初级涂层；

(3)退火处理