表面改性的聚合物制造技术

本发明专利技术提供了表面改性的聚合物组合物。所述表面改性的聚合物组合物可以包含聚合物和多官能连接物。所述表面改性的聚合物组合物可以包含聚合物、多官能连接物和表面基团。所述表面改性的聚合物组合物可以使用水基方法来制造。

Surface Modified Polymers

The invention provides a surface modified polymer composition. The surface modified polymer composition may include a polymer and a multifunctional connector. The surface modified polymer composition may comprise a polymer, a multifunctional connector and a surface group. The surface-modified polymer compositions can be manufactured using a water-based method.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】表面改性的聚合物
本公开涉及表面改性的聚合物、制备和使用表面改性的聚合物的方法、和包含表面改性的聚合物的物品。
技术介绍
聚合物可用于各种不同的应用中，包括基础研究、药物递送、生物材料、一次性饮料瓶、食品包装、纺织品、胶黏剂、组织支架、医学植入物、挠性显示器、过滤器、保护涂层、摩擦磨损、微电子器件、薄膜技术、复合材料和许多其他领域。对于改进的聚合物材料及其制造方法，存在着需求。
技术实现思路
一方面，公开了表面改性的聚合物组合物，其包含：(a)聚合物；以及(b)与所述聚合物共价键合的多官能表面改性剂。所述聚合物可能基本上没有溶剂诱导的结晶化或塑化。另一方面，公开了制备表面改性的聚合物组合物的方法。所述方法可以包括将聚合物与多官能表面改性剂在水性溶液中反应。另一方面，公开了表面改性的聚合物组合物，其包含：(a)聚合物；(b)多官能连接物；以及(c)表面基团。所述多官能连接物可以与所述聚合物和所述表面基团共价键合，由此将所述表面基团连接到所述聚合物。所述聚合物可能基本上没有溶剂诱导的结晶化或塑化。另一方面，公开了制备表面改性的聚合物组合物的方法。所述方法可以包括将聚合物与多官能连接物在水性溶液中反应，以提供第一表面改性的聚合物；水解所述第一表面改性的聚合物的一个或多个官能团，以提供第二表面改性的聚合物；以及将所述第二表面改性的聚合物与表面改性剂反应，以提供第三表面改性的聚合物。附图说明图1是示出了得到的PET层厚度如何与旋涂速度和溶液中的PET浓度相关的图。图2示出了甲苯甲酸甲酯PET类似物与短链伯胺在各种不同的溶剂条件下反应以产生酰胺。图3在顶部示出了甲苯酰基甲基酯、甲苯酰基甲基酰胺和甲苯酰基丙基酰胺的1H-NMR，并在底部示出了它们的质谱。图4示出了已用小分子胺改性的甲苯酰基甲基酯(左列)和PET(右列)的ATR-FTIR光谱。(左列，从上至下)：(A)甲苯甲酸甲酯(黑色)，(B)N,4-二甲基苯甲酰胺(红色)，(C)4-甲基-N-丙基苯甲酰胺(蓝色)。(右列，从上至下)：(D)PET(黑色)，(E)用甲胺水溶液处理的PET(红色)，(F)含有丙基酰胺基团的PET(蓝色)。插入图中的阴影区域表示酰胺I、酰胺II和酰胺III带的预期位置。图5示出了带有(A)旋涂的PET(黑色)、(B)用1w/w％甲胺水溶液处理的PET(红色)、(C)用1w/w％APTES水溶液处理的PET(蓝色)和(D)用20w/w％甲胺水溶液处理的PET(绿色)的金涂层的玻璃载片的ATR-FTIR光谱。插入图中的阴影区域表示酰胺I、酰胺II和酰胺III带的预期位置。图6示出了原生PET(A)和APTES处理的PET(B)的AFM图像。图7示出了a)采用90°出射角的PET、b)采用90°出射角的APTES处理的PET、c)采用15°出射角的PET、d)采用15°出射角的APTES处理的PET的XPS调查光谱。图8示出了在α＝90°(上图)和α＝15°(下图)出射角下收集的PET(A和C，黑色)和PET/APTES(B和D，红色)的高分辨率XPS光谱。所述光谱描述了O1s区(527-539eV)、N1s区(394-405eV)、C1s区(281-293eV)和Si2p区(95-107eV)的特点。在α＝90°时，d≈9nm，并且在α＝15°时，d≈3nm。图9示出了对应于APTES的C7H4O2-PET片段、CN-片段和CNO-片段的ToF-SIMS图像。图10示出了对应于APTES的(A)C7H4O2-PET片段、(B)CN-片段和(C)CNO-片段的ToF-SIMS图像的像素强度的柱状图。图11示出了暴露于全氟代硅烷的PET(C)和暴露于全氟代硅烷蒸气的PET-APTES(D)的AFM图像。图12示出了二氧化硅(黑色)、未处理的PET(红色)和暴露于全氟代癸基二甲基氯代硅烷蒸气的APTES处理的PET(蓝色)的调查XPS光谱(左侧)和XPS氟XPS(～689eV)光谱(右侧)。图13示出了PET的F-片段(左上)、暴露于全氟代硅烷蒸气的PET(右上)、PET-APTES(左下)和暴露于全氟代硅烷蒸气的PET-APTE(右下)的ToF-SIMS图像。图14示出了在未处理和APTES处理的PET薄膜上，在用全氟代硅烷蒸气处理之前和之后，PET中的F-片段的ToF-SIMS图像的像素强度的柱状图。图15示出了硅酸化物薄膜的FTIR-ATR光谱。图16在左侧示出了硅晶圆上的硅酸化物层的AFM图像，并在右侧示出了PET-APTES衬底上的硅酸化物层的AFM图像。图17示出了原生PET衬底上的脱层的硅酸化物薄膜的图像。图18示出了在原生PET、PET-APTES和硅酸化物覆盖的PET-APTES上的C7H4O2-的ToF-SIMS图像。图19示出了在a)90°出射角和b)15°出射角下硅酸化物薄膜的XPS光谱。图20示出了硅晶圆上旋涂的PET(左侧)、暴露于THF60秒的硅晶圆上旋涂的PET(中间)和用APTES处理、然后玻璃旋涂的硅晶圆上旋涂的PET在暴露于THF1小时后(右侧)的图像。插入图是100x100um的光学显微镜照片。图21示出了硅晶圆上旋涂的PET(左侧)，用APTES处理，然后玻璃上旋涂的硅上旋涂的PET(中间)，和用APTES处理，然后玻璃上旋涂，然后溶液沉积甲基三氯硅烷层的硅上旋涂的PET(右侧)的水接触角。图22示出了PET衬底(上排)和原生PET(下排)上的硅酸钠涂层的光学显微镜图像。图23示出了原生PET和硅酸钠涂层的PET的UV/Vis％透射光谱。详细描述许多聚合物拥有强大的机械和光学性能，但不具有得益于工程化表面性质的大量工业应用所需的理想表面性质。例如，聚对苯二甲酸乙二酯具有相对低的表面能，并且通常不具有被大量工业应用所需的理想表面性质。这些应用的实例包括胶黏剂、组织支架、医学植入物、挠性显示器、过滤器、保护涂层、摩擦磨损、微电子器件、薄膜技术和复合材料。可以对聚合物的表面进行改性，以改变表面能，提高化学惰性，诱导表面交联，提高或降低表面粗糙度和硬度，增强表面润滑能力和导电性，在表面处提供用于与其他官能团发生特定相互作用的官能团，提供生物相容性，提供非粘性，提高或降低耐刮擦性，提高或降低可润湿性，或提供抗污染性能。向聚合物表面添加反应性官能团可以充当产生用于将材料接枝在所述聚合物表面上的锚定位点的手段，所述材料可用于进一步调节聚合物的表面特性。常用的表面改性/涂层技术包括等离子体沉积、物理气相沉积、化学气相沉积、离子轰击、离子束溅射沉积、离子束辅助沉积、溅射、热喷涂和浸涂。表面改性化合物与聚合物的常规永久键合通常需要衬底表面的活化(例如在衬底表面上引入反应性官能团)。聚合物的活化可以通过大量不同处理(例如高能辐射、等离子体和电晕处理)来进行。在将反应性官能团引入到衬底表面上之后，它与表面改性化合物反应。或者，所述活化的表面与化学连接物组成部分反应，所述组成部分充当衬底表面与表面改性化合物之间的连接物。然而，许多这些改性引起表面处聚合物链的降解。例如，在这些过程中使用的许多连接物和溶剂与广泛的聚合物材料不相容。许多有机溶剂引起聚合物的玻璃化转变温度(Tg)的下降，这限制了可用于改性聚合物表面的溶剂的范本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面改性的聚合物组合物，其包含：(a)聚合物；(b)多官能连接物；和(c)表面基团；其中所述多官能连接物与所述聚合物和所述表面基团共价键合，将所述表面基团连接到所述聚合物；并且其中所述聚合物基本上没有溶剂诱导的结晶化或塑化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种表面改性的聚合物组合物，其包含：(a)聚合物；(b)多官能连接物；和(c)表面基团；其中所述多官能连接物与所述聚合物和所述表面基团共价键合，将所述表面基团连接到所述聚合物；并且其中所述聚合物基本上没有溶剂诱导的结晶化或塑化。2.权利要求1的组合物，其中所述聚合物是聚酯。3.权利要求1的组合物，其中所述所述聚合物是聚对苯二甲酸乙二酯。4.权利要求1的组合物，其中所述多官能连接物源自于下式的化合物：其中R1、R2和R3各自独立地选自氢、任选被取代的C1-C6-烷基和任选被取代的芳基；R4是氢或C1-C6-烷基；L1是C1-C10-亚烷基。5.权利要求1的组合物，其中所述多官能连接物源自于3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)、3-氨基丙基三甲氧基硅烷(ATMS)、3-氨基丙基三异丙氧基氧基硅烷或3-氨基丙基三丁氧基硅烷。6.权利要求1的组合物，其中所述表面基团是硅酸化物或原硅酸化物。7.权利要求1的组合物，其中所述表面基团源自于硅酸钠、原硅酸四甲酯或原硅酸四乙酯。8.权利要求1的组合物，其包含下述结构式的基团：其中R4在每种情况下独立地是氢或C1-C6-烷基；L1在每种情况下独立地选自C1-C10-亚烷基；并且R10、R11和R12在每种情况下各自独立地选自氢、任选被取代的C1-C6-烷基、任选被取代的芳基和表面基团，前提是R10、R11和R12中的至少一者是表面基团。9.权利要求8的组合物，其中所述组合物具有下述结构式：10.权利要求8的组合物，其中所述组合物具有下述结构式：11.权利要求8的组合物，其中所述组合物具有下述结构式：12.权利要求1的组合物，其中当通过可变角度椭偏光谱法测量时，所述表面基团具有10nm至200nm范围内的厚度。13.权利要求1的组合物，其中当通过厚度规测量时，所述表面基团具有10nm至20μm范围内的厚度。14.权利要求1的组合物，其具有一种或多种下述性质：耐溶剂性，抗污性，或耐刮擦性。15.一种制品，其包含权利要求1的组合物，所述制品选自微通道、微型滤器、微注射器、显示装置、触摸屏、挠性显示器、包装、不透气包装、生物医学装置、植入物、组织支架、医用缝合线、抗污装置或涂层、过滤器、生物杀灭装置或涂层、疏水涂层、亲水涂层、抗细菌装置或涂层、自清洁表面、电子器件、医疗装置、衣物、家居用品、日用消费品、建筑材料、下水道装置或涂层、食品加工装置、船舶、容器体、造纸装置、冷却水系统、海洋工程系统、胶黏剂、隔离和计算机。16.一种制备表面改性的聚合物组合物的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗·B·戈尔曼，扬·根泽尔，迈克尔·D·迪基，基里尔·叶菲缅科，吉尔伯特·A·卡斯提罗，兰斯·威尔逊，
申请(专利权)人：北卡罗来纳州大学，
类型：发明
国别省市：美国,US