工程师发现可以针对应用量身定制洗瓶刷共聚物

普通厨房用具形式的微观聚合物可以使涂料行业得到精湛的控制。

莱斯大学的布朗工程学院的化学和生物分子工程师Rafael Verduzco长期以来一直将洗瓶刷共聚物作为研究主题。现在，他和他的合作者已经开发出改进表面涂层的模型和方法，例如使表面涂层更防水或更导电。

研究人员发现，与线性聚合物混合的牙刷在干燥时往往会迁移至薄膜的顶部和底部。这些薄膜作为涂料，在产品中无处不在，例如作为防水层以防止金属生锈或使织物免受污染。

当发生迁移时，线性聚合物将保持中心，同时将牙刷刷到上方的空气或下方的基材。Verduzco说，这可以有效地将散装涂层的性能与其裸露表面分离。

计算模型和实验表明，牙刷本身的变化可用于控制表面特性。

Verduzco说，瓶刷聚合物的批量生产仍然具有挑战性，但其潜在用途是巨大的。他说，应用包括通过形成胶束的功能性牙刷，润滑剂，柔软的弹性体，防污过滤器和能够自我修复的表面进行药物输送。

赖斯大学工程师创建的一种瓶刷聚合物疏水涂层可以抵抗一滴水。可以配置显微瓶刷，使涂料具有许多应用程序所需的特定性能。图片来源：杰夫·菲特洛/莱斯大学

有关详细信息，请参见《美国化学学会》杂志《大分子》。

莱斯实验室，在诺克斯维尔田纳西大学的同行的帮助下;橡树岭国家实验室和休斯敦大学在研究引起聚合物迁移的原因时，介绍了各种由聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯(又名PMMA)制成的牙刷。

类似于它们的大厨房表亲(以及某些花朵)，洗瓶刷由小的聚合物链组成，这些聚合物链从线性聚合物棒向外辐射。牙刷在溶液中自组装，可以对其进行调整以调整其性能。

Verduzco说，涂层无处不在。他说：“如果我们没有合适的涂料，我们的材料将迅速降解。” “它们会以我们不希望它们发生的方式反应。因此，对表面进行涂层通常是一个单独的过程;制造某些东西，然后必须找到一种在其顶部沉积涂层的方法。

他说：“我们正在研究的是一种通用添加剂，一种可以与您所制造的东西混合的分子，它会自发地进入表面或界面。” “这就是我们最终使用牙刷的方式。”

Verduzco说，可以通过改变侧链的数量，其长度或主链聚合物的长度来调整牙刷。侧链本身可以是混合型的，并且可以将小分子或蛋白质添加到它们的端基中。

他说：“这些材料的化学反应足够先进，几乎可以将任何一种聚合物作为这些刷毛中的一种放在侧链上。” “您可以按不同的顺序放置它们。”

研究人员发现，熵和焓的热力学使洗瓶刷几乎完全从薄膜的内部移向薄膜的内部，并朝着干燥的界面移动。即使在设计线性聚合物与表面界面配对的地方，洗瓶刷仍会升至裸露的表面。

Verduzco指出，赖斯于2018年通过美国国家科学基金会(National Science Foundation)资助收购了飞行辅助离子质谱仪，从而使这一发现成为可能。该光谱仪使研究人员不仅可以通过用离子轰击来表征涂层的表面，而且还可以表征从上至下去除微观层后涂层的变化。