一种调控润滑涂层及制备方法、应用技术

本发明专利技术属于功能材料及其制备技术领域，提供了一种调控润滑涂层，以四氧化三铁纳米颗粒作为内核，温敏性聚合物交联网络作为外壳形成的核壳结构微凝胶纳米颗粒，微凝胶纳米颗粒通过倾斜30

【技术实现步骤摘要】
一种调控润滑涂层及制备方法、应用


[0001]本专利技术属于功能材料及其制造
，具体涉及一种调控润滑涂层及制备方法、应用。

技术介绍

[0002]智能响应材料，特别是基于刺激响应聚合物膜的智能界面材料，在环境发生微小变化时，可以发生快速、可逆的构象和化学变化。其中，水凝胶是智能响应材料的典型代表，这种软材料在组织工程、柔性电子、仿生润滑等各个领域都发挥着重要作用。众所周知，水凝胶是由高含水量的交联三维网络组成的，可以在网络的间隙空间储存大量流体。与其他硬质高分子材料相比，水凝胶更容易以不同的方式对外界刺激做出反应。其中，基于聚(N
‑
异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)的热敏水凝胶在水溶液中的临界溶解温度(LCST)约为32℃，已成为最重要的刺激响应水凝胶之一。LCST附近独特的相变使水凝胶具有智能特性，已被用于药物控释、温度传感器、选择性催化和界面摩擦控制。智能水凝胶在摩擦学领域显示出巨大的潜力，在过去的几十年里引起了广泛的关注。
[0003]微凝胶作为一种特殊的水凝胶，是一种胶体尺寸稳定、能在适当溶剂中均匀分散的微/纳米水凝胶。与散装水凝胶相比，微小尺寸的微凝胶能够快速响应各种环境变化，如温度、pH值或光照。此外，微凝胶易于合成，尺寸易于控制。通过控制微凝胶颗粒的组成和结构，可以简单地改变涂层的功能和性能由于微凝胶是一种软弹性聚合物，它增加了与基体表面的接触面积。因此，采用浸涂、旋涂、物理吸附等简单、快速的沉积方法可以形成致密的微凝胶膜。近年来，微凝胶被制成各种智能涂料，充分发挥其优势。而据我们所知，迄今为止，光热微凝胶用作润滑涂层的例子很少，特别是那些表面摩擦可调的。
[0004]聚乙烯亚胺(PEI)作为一种表面改性材料，通过氢键或范德华力与基体表面具有很强的附着力。由于链间的静电斥力，PEI只能在表面形成单分子层，厚度不会随着吸附时间的延长而增加。为了将微凝胶紧密固定在基底上，采用喷雾沉积技术，PEI作为锚定聚合物，利用简单有效的静电相互作用将微凝胶粘附在基底上。
[0005]结合智能微凝胶的快速响应性能和微凝胶与PEI之间良好的静电相互作用，成功制备了一种有效的近红外光响应水性润滑涂层。在该涂层中，PEI作为粘结位点，将微凝胶颗粒与基体表面结合，微凝胶颗粒作为润滑元件，调节界面摩擦。从水化润滑机理来看，微凝胶包覆层的表面摩擦可以通过控制近红外光引发的水化层的出现/消失来调节。在没有近红外光照射的情况下，该微凝胶涂层具有良好的水润滑效果。当涂层受到近红外光照射时，微凝胶中的四氧化三铁纳米颗粒能够将光能转化为热能，导致表面温度变化。同时，外部热敏微凝胶感受到了温度的变化，温度的升高破坏了微凝胶周围的水层。结果表明涂层的水化润滑作用减弱，导致摩擦系数增加。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，针对传统块状水凝胶，本专利技术提供了一种调控润滑涂层，微小
尺寸的微凝胶能够快速响应各种环境变化，如温度、pH值或光照，由于微凝胶是一种软弹性聚合物，它增加了与基材表面的接触面积，通过浸涂、旋涂、物理吸附等简单快速的沉积方法可以形成致密的微凝胶膜来达到快速摩擦调控的目的。
[0007]本专利技术的目的之一是提供一种调控润滑涂层，以四氧化三铁纳米颗粒作为内核，温敏性聚合物交联网络作为外壳形成的核壳结构微凝胶纳米颗粒，所述微凝胶纳米颗粒通过倾斜30
°
～60
°
的方式均匀喷射到聚乙烯亚胺预涂的硅片基底表面上形成润滑涂层。
[0008]本专利技术的目的之二是提供上述调控润滑涂层的制造方法，包括如下步骤：
[0009]S1、制备四氧化三铁纳米颗粒，再加入3
‑
(三甲氧基硅基)甲基丙烯酸丙酯对其表面修饰，然后通过磁体分离，洗涤、室温干燥；
[0010]S2、采用蒸馏沉淀聚合方法：四氧化三铁纳米颗粒与温敏性聚合物的单体、弱酸单体、交联剂以及引发剂混合分散在乙腈溶液内，高于乙腈沸点处加热混合物，直到乙腈溶液的体积减少至一半后反应结束，然后通过磁体分离得到微凝胶纳米球，洗涤、室温干燥；
[0011]S3、将硅片基底进行清洗、吹干，然后进行活化3～5min，将活化后的硅片基底放入浓度为1.5mg/mL的聚乙烯亚胺溶液中进行浸泡20～30min预涂，室温干燥得到改性硅片基底；
[0012]S4、将S2得到的微凝胶纳米球通过乙醇溶液进行分散形成微凝胶乙醇分散液，以倾斜45
°
的方式喷射到S3得到改性硅片基底上，直至整个表面被微凝胶颗粒均匀包覆，室温干燥，在50～70℃下进行烘烤过夜；
[0013]S5、将S4得到的微凝胶颗粒均匀包覆的基底在水中进行浸泡至少6h，同时更换3次水，清洗直至基底表面只有静电结合到聚乙烯亚胺表面的微凝胶仍然附着，并形成均匀的涂层，得到水合润滑涂层。
[0014]优选的，S1中，所述四氧化三铁纳米颗粒与3
‑
(三甲氧基硅基)甲基丙烯酸丙酯的质量比为1:3。
[0015]优选的，S2中，所述四氧化三铁纳米颗粒：温敏性聚合物的单体：弱酸单体：交联剂：引发剂的质量比为3～6:38～45:5～12:4～8:0.5～3。
[0016]优选的，S2中，所述温敏性聚合物的单体为聚N
‑
异丙基丙烯酰胺或聚甲基丙烯酸
‑2‑
(N，N
‑
二甲氨基)酯或聚乙烯吡咯烷酮。
[0017]优选的，S2中，所述弱酸单体为丙烯酸或马来酸酐。
[0018]优选的，S2中，所述交联剂为过氧化二异丙苯或N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺。
[0019]优选的，S2中，所述引发剂为亚硫酸氢钠或2,2
‑
偶氮二异丁腈。
[0020]优选的，S3中，所述超声清洗的方式为依次在乙醇、丙酮、乙醇溶液中超声清洗，吹干的方式为氮气吹干。
[0021]本专利技术的目的之三是提供上述调控润滑涂层的应用，所述润滑涂层能够响应近红外光刺激，用于制备实现低摩擦与高摩擦之间的快速切换的摩擦力切换层。
[0022]本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：
[0023]1、本专利技术合成的光热微凝胶是一种胶体尺寸稳定、能在适当溶剂中均匀分散的微/纳米水凝胶。与块状水凝胶相比，微小尺寸的微凝胶能够快速响应各种环境变化，如温度、pH值或光照。由于微凝胶是一种软弹性聚合物，它增加了与基材表面的接触面积，通过浸涂、旋涂、物理吸附等简单快速的沉积方法可以形成致密的微凝胶膜。此外，通过控制微
凝胶粒子的组成和结构，可以简单地改变涂层的功能和性能。
[0024]2、本专利技术制备的润滑涂层以PEI作为锚定聚合物，通过静电作用将带负电荷的微凝胶牢固地粘附在带正电荷的基底上。水化润滑可以通过控制水化层的出现/消失来调节微凝胶涂层的表面摩擦，水化层的出现/消失是由近红外光触发的。在没有近红外光照射的情况下，该微凝胶涂层具有良好的水润滑效果。
[0025]3、本专利技术制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调控润滑涂层，其特征在于，以四氧化三铁纳米颗粒作为内核，温敏性聚合物交联网络作为外壳形成核壳结构微凝胶纳米颗粒，所述微凝胶纳米颗粒通过倾斜30
°
～60
°
的方式均匀喷射到聚乙烯亚胺预涂的硅片基底表面上形成润滑涂层。2.一种权利要求1所述调控润滑涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、制备四氧化三铁纳米颗粒，再加入3
‑
(三甲氧基硅基)甲基丙烯酸丙酯对其表面修饰，然后通过磁体分离，洗涤、室温干燥；S2、采用蒸馏沉淀聚合方法：四氧化三铁纳米颗粒与温敏性聚合物的单体、弱酸单体、交联剂以及引发剂混合分散在乙腈溶液内，高于乙腈沸点的温度加热混合物，直到乙腈溶液的体积减少至一半后反应结束，然后通过磁体分离得到微凝胶纳米球，洗涤、室温干燥；S3、将硅片基底进行清洗、吹干，然后活化3～5min，将活化后的硅片基底放入浓度为1.5mg/mL聚乙烯亚胺溶液中进行浸泡20～30min预涂，室温干燥得到改性硅片基底；S4、将S2得到的微凝胶纳米球通过乙醇溶液进行分散形成微凝胶乙醇分散液，以倾斜45
°
的方式喷射到S3得到改性硅片基底上，直至整个表面被微凝胶颗粒均匀包覆，室温干燥，在50～70℃下进行烘烤过夜；S5、将S4得到的微凝胶颗粒均匀包覆的基底在水中进行浸泡至少6h，同时更换3次水，清洗直至基底表面只有静电结合到PEI表面的微凝胶仍然附着，并形成均匀的涂层，得到水合润滑涂层。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国强，陈卓，冯杨，赵楠，周峰，刘维民，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：