[发明专利]一种具有普适性的液体灌注润滑涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有普适性的液体灌注润滑涂层及其制备方法，属于仿生材料化学领域。该涂层由多巴胺活化层、二氧化硅纳米粒子层、氟化层和润滑油层四部分组成，由以下方法制备得到：首先在聚乙烯亚胺辅助下由多巴胺氧化自聚形成聚多巴胺活化层，然后利用硅酸四甲酯的缩聚反应形成二氧化硅纳米粒子层，进一步利用含氟硅烷处理得到氟化层，并灌注润滑油形成润滑油层，得到具有普适性的液体灌注润滑涂层。本发明可以在小倾斜角下使污染液体在其表面滑落，对蛋白质及细菌污染物的黏附量小，具有优异的抗污染特性和抗生物黏附特性，且对大部分固体基底可行，具有普适性。

技术领域

本发明属于仿生材料化学领域，具体涉及一种具有普适性的液体灌注润滑涂层及其制备方法。

背景技术

表面污染是众多领域共同关注的核心问题，例如，在生物医学与组织工程领域，蛋白质和细胞在生物医用材料表面吸附产生的表面污染，会导致其效能降低，增加发生血栓、排异等副作用的风险；在海洋和工业设施领域，轮船或舰艇的表面污染造成增阻增耗和加速腐蚀损毁；在膜分离领域，膜污染造成膜的分离性能和渗透通量发生难以恢复的衰减。自然界中生物结构的精巧设计创造了丰富多样的低污染表面，为仿生抗污染表面的设计与合成提供了有益的借鉴和指导，仿荷叶效应的表面就是其中最为典型的仿生防污案例。水滴会悬挂在仿荷叶表面，形成Cassie-Baxter状态，所以很容易滚落并带走污染物，从而达到自清洁的效果。然而，这种抗污染表面仍然存在实际应用方面的问题：压力稳定性差，易吸附细菌和蛋白质，不抗物理损失等。猪笼草瓶状叶边缘由微观粗糙结构和亲水组分构成，表面可储存水形成一层润滑水膜，从而使昆虫滑落进瓶身。受其启发，科学家们尝试构筑仿猪笼草的液体灌注润滑表面，这种表面是在微/纳米粗糙结构的表面灌注润滑液而形成的一种动态油膜覆盖的光滑表面，它以液-液界面代替传统固-液界面，因此能够抵抗绝大多数液体的粘附，抑制细菌的附着，与仿荷叶表面相比，抗污染性能更为优异，且具有自修复性、压力稳定性好等特点(Nature 2011，477，443-447)。然而，针对不同的基底，液体灌注润滑表面构筑的策略也会有所不同，有的构筑方法步骤繁琐，为实际应用带来不便，亟需开发普适性好、制备工艺简单的液体灌注润滑涂层，以满足不同应用场合的抗污染需求。

多巴胺在一定条件下会发生自聚合形成聚多巴胺，聚多巴胺能够在多种基底材料表面黏附形成聚多巴胺涂层，其表面可以进行二次修饰从而制备功能性材料表面。利用聚多巴胺的黏附特性将固体表面活化，以二氧化硅纳米粒子为粗糙结构，然后氟化并灌注润滑油，制备出一种液体灌注润滑涂层，实施方法简单，适用范围宽，具有优异的抗污染特性和抗生物黏附特性。迄今为止，尚未有利用聚多巴胺的黏附特性与润滑表面相结合制备液体灌注润滑涂层的公开报道。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种具有普适性的液体灌注润滑涂层。

本发明的另一目的在于提供一种具有普适性的液体灌注润滑涂层的制备方法。

本发明所述的液体灌注润滑涂层形成于固体基底表面，由聚多巴胺活化层、二氧化硅纳米粒子层、氟化层和润滑油层四部分组成；首先在聚乙烯亚胺辅助下由多巴胺氧化自聚形成聚多巴胺活化层，然后利用硅酸四甲酯在表面发生缩聚反应，形成二氧化硅纳米粒子层，占涂层总重量的56～65％，二氧化硅纳米粒子平均直径为20～35nm，使表面粗糙度Ra(轮廓算术平均偏差)增加50～80nm，；进一步利用含氟硅烷处理，得到氟化层，其表面含氟量占该层表面元素总含量的18～39％；润滑油通过毛细作用稳定于二氧化硅纳米粒子的粗糙结构中形成最外层的润滑油层，占涂层重量的23～30％；

所述的液体灌注润滑涂层的制备方法，包括以下内容：

(1)清洗固体基底：使用无水乙醇超声清洗固体基底30min后干燥备用；