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異的水合、抗污、抗菌等功能，備受關注。然而，聚兩性離子水凝膠潤滑材料的可控制備卻是難點。由于聚兩性離子水凝膠具有出色的水合能力，在制備過程中會形成穩定且牢固的水合層，從而對兩性離子單體的聚合產生不利影響。目前，合成聚兩性離子水凝膠的研究往往涉及相對苛刻的反應條件，光/熱能量的持續輸入、較長的聚合時間以及相對較高的單體使用濃度，這些限制了聚兩性離子水凝膠潤滑材料的規模化工程應用。
近日，中國科學院蘭州化學物理研究所研究員周峰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，創新地將聚乙烯醇（PVA）作為水合屏蔽劑引入Ag+-S2O82-氧化還原催化體系中，實現了通用性兩性離子單體在寬單體濃度范圍（0.3-50wt%）、寬溫域（-5℃-37℃）內的超快速聚合（t＜60秒），且反應過程無需外部能量（紫外光/熱）的輸入。
由于PVA自身具有優異的水合能力且分子鏈上富含羥基，PVA可先通過靜電作用或物理方式包覆高度水合的兩性離子單體，再借助范德華力及靜電相互作用，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，還能夠進一步促進單體之間通過偶極-偶極相互作用形成去水化聚集體，通過增加單體間的碰撞概率，顯著提升兩性離子的聚合效率。
與傳統光/熱引發體系相比，HS-A-RP制備的聚兩性離子水凝膠不僅具有更致密的網絡結構和更好的機械性能，還展現出優異的抗溶脹、潤滑、抗菌和防污性能。通過該種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境條件下，規模化制備聚兩性離子水凝膠涂層。
相關研究成果以Scalable Preparation of Polyzwitterionic Hydrogels Based on Hydration Shielding-Accelerated Redox Self-Catalytic Polymerization (HS-A-RP)為題，發表在《德國應用化學》上。研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項等的支持。
論文鏈接
HS-A-RP催化聚合機理及其聚合兩性離子單體的示意圖
HS-A-RP方法在水潤滑涂層可控制造方面的應用演示
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