工程師發(fā)現(xiàn)可以針對(duì)應(yīng)用量身定制洗瓶刷共聚物

普通廚房用具形式的微觀聚合物可以使涂料行業(yè)得到精湛的控制。

萊斯大學(xué)的布朗工程學(xué)院的化學(xué)和生物分子工程師Rafael Verduzco長期以來一直將洗瓶刷共聚物作為研究主題?，F(xiàn)在，他和他的合作者已經(jīng)開發(fā)出改進(jìn)表面涂層的模型和方法，例如使表面涂層更防水或更導(dǎo)電。

研究人員發(fā)現(xiàn)，與線性聚合物混合的牙刷在干燥時(shí)往往會(huì)遷移至薄膜的頂部和底部。這些薄膜作為涂料，在產(chǎn)品中無處不在，例如作為防水層以防止金屬生銹或使織物免受污染。

當(dāng)發(fā)生遷移時(shí)，線性聚合物將保持中心，同時(shí)將牙刷刷到上方的空氣或下方的基材。Verduzco說，這可以有效地將散裝涂層的性能與其裸露表面分離。

計(jì)算模型和實(shí)驗(yàn)表明，牙刷本身的變化可用于控制表面特性。

Verduzco說，瓶刷聚合物的批量生產(chǎn)仍然具有挑戰(zhàn)性，但其潛在用途是巨大的。他說，應(yīng)用包括通過形成膠束的功能性牙刷，潤滑劑，柔軟的彈性體，防污過濾器和能夠自我修復(fù)的表面進(jìn)行藥物輸送。

賴斯大學(xué)工程師創(chuàng)建的一種瓶刷聚合物疏水涂層可以抵抗一滴水?？梢耘渲蔑@微瓶刷，使涂料具有許多應(yīng)用程序所需的特定性能。圖片來源：杰夫·菲特洛/萊斯大學(xué)

有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參見《美國化學(xué)學(xué)會(huì)》雜志《大分子》。

萊斯實(shí)驗(yàn)室，在諾克斯維爾田納西大學(xué)的同行的幫助下;橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室和休斯敦大學(xué)在研究引起聚合物遷移的原因時(shí)，介紹了各種由聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯(又名PMMA)制成的牙刷。

類似于它們的大廚房表親(以及某些花朵)，洗瓶刷由小的聚合物鏈組成，這些聚合物鏈從線性聚合物棒向外輻射。牙刷在溶液中自組裝，可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)整以調(diào)整其性能。

Verduzco說，涂層無處不在。他說：“如果我們沒有合適的涂料，我們的材料將迅速降解。” “它們會(huì)以我們不希望它們發(fā)生的方式反應(yīng)。因此，對(duì)表面進(jìn)行涂層通常是一個(gè)單獨(dú)的過程;制造某些東西，然后必須找到一種在其頂部沉積涂層的方法。

他說：“我們正在研究的是一種通用添加劑，一種可以與您所制造的東西混合的分子，它會(huì)自發(fā)地進(jìn)入表面或界面。” “這就是我們最終使用牙刷的方式。”

Verduzco說，可以通過改變側(cè)鏈的數(shù)量，其長度或主鏈聚合物的長度來調(diào)整牙刷。側(cè)鏈本身可以是混合型的，并且可以將小分子或蛋白質(zhì)添加到它們的端基中。

他說：“這些材料的化學(xué)反應(yīng)足夠先進(jìn)，幾乎可以將任何一種聚合物作為這些刷毛中的一種放在側(cè)鏈上。” “您可以按不同的順序放置它們。”

研究人員發(fā)現(xiàn)，熵和焓的熱力學(xué)使洗瓶刷幾乎完全從薄膜的內(nèi)部移向薄膜的內(nèi)部，并朝著干燥的界面移動(dòng)。即使在設(shè)計(jì)線性聚合物與表面界面配對(duì)的地方，洗瓶刷仍會(huì)升至裸露的表面。

Verduzco指出，賴斯于2018年通過美國國家科學(xué)基金會(huì)(National Science Foundation)資助收購了飛行輔助離子質(zhì)譜儀，從而使這一發(fā)現(xiàn)成為可能。該光譜儀使研究人員不僅可以通過用離子轟擊來表征涂層的表面，而且還可以表征從上至下去除微觀層后涂層的變化。