科研進(jìn)展
蘭州化物所規?；煽刂苽渚酆衔锼疂櫥繉荧@新進(jìn)展
聚合物水潤滑涂層材料在生物醫療器械與裝備運行部件等領(lǐng)域展現出重要的應用前景。其中，聚兩性離子水凝膠潤滑材料因其優(yōu)異的水合、抗污、抗菌等功能，備受行業(yè)關(guān)注。然而，聚兩性離子水凝膠潤滑材料的可控制備卻是難點(diǎn)。因其出色的水合能力在賦予聚兩性離子水凝膠各種優(yōu)異性能的同時(shí)，也會(huì )形成穩定且牢固的水合層從而對兩性離子單體的聚合產(chǎn)生不利影響。目前合成聚兩性離子水凝膠的研究通常采用光/熱引發(fā)體系以削弱水合層對聚合過(guò)程的影響，但是它們往往涉及相對苛刻的反應條件，光/熱能量的持續輸入，較長(cháng)的聚合時(shí)間以及相對較高的單體使用濃度，限制了聚兩性離子水凝膠潤滑材料的規?；こ虘?。因此，在無(wú)外部能量輸入的溫和環(huán)境中，以極低的單體濃度快速、便捷地制備聚兩性離子水凝膠仍然是該領(lǐng)域的巨大挑戰。
近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所潤滑材料全國重點(diǎn)實(shí)驗室材料表面與界面研究組周峰研究員團隊提出了基于一種基于“水合屏蔽”效應的聚兩性離子水凝膠制備新方法——HS-A-RP，創(chuàng )新地將PVA作為水合屏蔽劑引入Ag+-S2O82-氧化還原催化體系中，實(shí)現了通用性?xún)尚噪x子單體在寬單體濃度范圍（質(zhì)量分數：0.3-50 wt%）、寬溫域（-5℃-37℃）內的超快速聚合（t＜60 秒），且反應而無(wú)需外部能量（紫外光/熱）的輸入。
圖1. HS-A-RP催化聚合機理及其聚合兩性離子單體的示意圖
由于PVA自身具有優(yōu)異的水合能力且分子鏈上富含羥基。因此，PVA可以先通過(guò)靜電作用或物理方式包覆高度水合的兩性離子單體，再借助范德華力和/或靜電相互作用形成對兩性離子水合層中水分子的競爭性吸引，從而有效削弱水合層對兩性離子聚合過(guò)程的不利影響。此外，PVA分子鏈對兩性離子單體的包覆還能夠進(jìn)一步促進(jìn)單體之間通過(guò)偶極-偶極相互作用形成去水化聚集體，通過(guò)增加單體間的碰撞概率從而顯著(zhù)提升兩性離子的聚合效率。
圖2. HS-A-RP方法在水潤滑涂層可控制造方面的應用演示
與傳統光/熱引發(fā)體系相比，HS-A-RP 制備的聚兩性離子水凝膠不僅具有更致密的網(wǎng)絡(luò )結構和更好的機械性能，還展現出了優(yōu)異的抗溶脹、潤滑、抗菌和防污性能。通過(guò)HS-A-RP方法制備的聚兩性離子水凝膠既能夠作為功能涂層有效改善生物醫用器械的表面潤滑性，又能實(shí)現對熱敏材料和砂礫的原位封裝。此外，快速凝膠化和寬溫域內可反應的特性使HS-A-RP能夠在不同基底表面和極端穩定環(huán)境條件下規?；苽渚蹆尚噪x子水凝膠涂層。該方法不僅為聚兩性離子水凝膠的化學(xué)合成提供了新途徑，還極大地拓展了其在生物醫療、工程裝備等領(lǐng)域應用領(lǐng)域。
該研究工作以“Scalable Preparation of Polyzwitterionic Hydrogels Based on Hydration Shielding-Accelerated Redox Self-Catalytic Polymerization (HS-A-RP)”為題發(fā)表在 Angew. Chem. Int. Ed.(10.1002/anie.202424129)上。蘭州化物所博士生理仁杰和南昌大學(xué)碩士生劉倫焜（已畢業(yè)）為論文共同第一作者，蘭州化物所麻拴紅研究員為通訊作者。
該工作得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰略性先導科技專(zhuān)項（B類(lèi)）、甘肅省重大專(zhuān)項等項目的支持。
