关键词：
PDMS
N-乙烯基吡络烷酮
丙烯酸
亲水抗污改性
紫外光固化
摘要：
聚二甲基硅氧烷(PDMS)因其优异的生物相容性、化学稳定性等,被广泛应用于生物医学等领域,但强疏水性却限制了其在需要亲水或超亲水场景中的应用。本研究前期通过光引发交联聚合在PDMS基材中引入N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)/丙烯酸(AA),制备了PDMS-co-NVP和PDMS-co-AA两种硅橡胶基材(PcN和PcA),在此基础上,进一步采用紫外光引发技术在PcN/PcA材料表面接枝NVP、AA、丙烯酸异辛酯(EHA)单体涂层,制备了亲水(NVP/EHA-g-PcN、AA/EHA-g-PcA)和超亲水(NVP-g-PcN、AA-g-PcA)复合材料。通过水接触角(WCA)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段对改性硅橡胶复合材料的表面润湿性、表面形貌、化学组成和表面元素分布等进行了系统研究,并进一步考察了复合材料的亲水稳定性和抗细菌粘附性能。主要结果如下:
1.通过紫外光引发技术在PcN材料表面制备NVP/EHA涂层,获得了NVP/EHA-g-PcN亲水复合材料。WCA结果显示,当NVP为0.1 wt%时,材料WCA从100.7°降至47.5°,亲水性能明显提高。SEM结果显示,随着NVP含量增加,材料表面从EHA均相逐渐转变为NVP与EHA相分离结构,表明NVP/EHA成功接枝在材料表面。FTIR和XPS结果进一步证实接枝成功。
2.通过紫外光引发技术在PcN材料表面制备纯NVP单体涂层,获得了NVP-g-PcN超亲水复合材料。WCA结果显示,当NVP超过5.0 wt%时,材料WCA低至8.3°,达到了超亲水状态。SEM结果显示,材料表面形貌随NVP增加呈有序—无序—有序的渐变规律,表明NVP成功在材料表面。FTIR、XPS结果则进一步证实NVP的成功接枝。亲水稳定性测试表明,自然状态下材料的亲水改性均至少能够维持1个月,而去离子水浸泡容易导致涂层丢失。此外,NVP-g-PcN超亲水复合材料对大肠杆菌(***)和金黄色葡萄球菌(***)的抗粘附率分别为74.7%和72.9%。
3.通过紫外光引发技术在PcA材料表面制备AA/EHA涂层,获得了AA/EHA-g-PcA亲水复合材料。WCA结果显示,当AA为70.0 wt%时,材料WCA由97.3°降低至18.3°左右,亲水性能显著提高。SEM结果显示,PcA本体表面光滑;当AA为10.0 wt%和30.0 wt%时,AA与EHA发生相分离导致材料表面粗糙;当AA增至50.0 wt%和70.0 wt%时,材料表面因主要为AA均相而恢复光滑,表明AA/EHA成功接枝在材料表面。FTIR、XPS结果则进一步证实接枝成功。
4.通过紫外光引发技术在PcA材料表面制备纯AA单体涂层,获得了AA-g-PcA超亲水复合材料。WCA结果显示,当AA超过3.0 wt%时,材料WCA低至5.1°,实现了超亲水改性。SEM结果显示,材料表面形貌随AA的增加呈规则有序、致密的渐变规律。亲水稳定性测试表明,自然状态下材料的亲水改性效果均至少能够维持1个月;更重要的是,经去离子水浸泡7天后整体WCA低于NVP-g-PcN,且3.0 wt%AA-g-PcA样品在浸泡4天内能够维持其超亲水性能,在水环境下表现出更优异的亲水稳定性。此外,AA-g-PcA超亲水复合材料具有优异的防雾和抗细菌粘附性能,对***和***的抗粘附率分别高达97.3%和99.6%。
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