[发明专利]在塑料支持物上物理沉积硅质颗粒以增强表面性能

说明书

本公开涉及制备和使用其上沉积有硅质颗粒的表面改性的聚合物材料的产物和方法。公开了该方法和制品，其中塑料基材具有高表面积并增加了表面粗糙度。提供了用于处理表面的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年2月6日提交的美国专利申请62/455,277号，于2017年3月21日提交的美国临时专利申请62/474,111号，以及于2017年12月14日提交的美国临时专利申请62/598,993号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

(a)技术领域

本发明涉及表面改性的聚合物材料及其制备和使用方法。更具体地，该主题涉及表面改性的聚合物材料，其包括沉积并部分包埋于其表面上的多个二氧化硅颗粒。

背景技术

(b)相关现有技术

通过硅烷化对基材进行表面改性的技术，被广泛用于改变原始载体的物理化学性质，来赋予载体新的性质。这可用于改变其形貌、改变表面张力、保护产物不被改变等。通过多种方法进行硅烷化处理，包括溶胶-凝胶法(例如美国专利申请2013/0236641号)，溅射沉积(例如美国专利5,616,369号)，电子束沉积(例如美国专利申请2011/0116992号)和等离子体增强化学气相沉积(例如美国专利4,096,315号和美国专利申请2010/0098885A1号)。

通过羟基实现在亲水性基材上的硅烷化反应以形成聚硅氧烷网络。确实，极性化学官能团的存在能够作为聚硅氧烷形成的锚定点。有时用某些功能性硅烷来引入硅烷醇基团，以触发硅烷化过程。然而，疏水性载体的改性需要氧化反应，该氧化反应涉及使用昂贵的设备和有毒化学物质(Gutowski，WS等人，“聚乙烯的表面硅烷化以增强附着”，J.Adhesion 43：139-155(1993))。此外，该方法在形成表面粗糙度和表面积方面非常不理想，而这些对于表面粘附非常有帮助。

硅烷化的替代方法是使用无机填料以改变载体基质的表面粗糙度和润湿性。装填百分比通常足够高，以改变载体材料的机械性能和物理性能。因此，改变表面性质也改变了材料的特性(例如，机械强度、材料的密度等)，这在某些应用中会对产物的性能产生负面影响。

在保持高的表面粗糙度和表面积的同时，改变基材表面的另一种策略是在载体上沉积无机颗粒或混合颗粒。已经表明，可以通过热处理在载体和无机颗粒之间建立共价连接(例如，美国专利8,153,249号)。该方法需要高温，并且主要用于无机载体。此外，该方法适用于小尺寸的颗粒(小于1μm)。然而，在非常高的温度下进行聚合物的表面改性会使它们受到破坏。此外，在疏水性塑料和无机颗粒之间产生共价键是困难的。

因此，硅烷化、填料添加和颗粒沉积均具有其自身的局限性。因此，出现了以二氧化硅颗粒或二氧化硅囊体进行表面改性的替代方法的需要。本文提供的方法提出了，通过在聚合物表面上沉积或包埋硅质颗粒或硅质囊体进行表面改性，而不改变聚合物载体的固有性质的方法。

发明内容

根据一个实施例，提供了一种表面改性的聚合物材料，其包括沉积并部分包埋于其表面上的多个二氧化硅颗粒，其中该二氧化硅颗粒可生物利用，以与微生物或生物分子或化合物相互作用，可用于化学相互作用，可用于化学反应，或其组合。

多个二氧化硅颗粒可以是多个一种类型的二氧化硅颗粒、多个至少一种类型的二氧化硅颗粒，或多个一种以上类型的二氧化硅颗粒。

该聚合材料可以是塑料。

沉积并部分包埋在其表面上的多个二氧化硅颗粒可以在聚合物材料的熔点或高于熔点的温度下沉积在该表面上。

这些二氧化硅颗粒可以约10％至约90％地部分包埋于聚合物材料中。

这些二氧化硅颗粒覆盖了约0.01％至100％的表面。