标题只有2个单词的AM论文——“Hydrogel Paint”

来源：X一MOL资讯

水凝胶材料具有独特的含水交联网络结构以及卓越的生物相容性，因此具有优异的综合性能。材料表面涂覆水凝胶涂层能够使体系兼具基底的强度、硬度及水凝胶组分的亲水性、自润滑性、生物相容性和可控载药性等诸多功能，在药物传输、软体机器人、可植入器官、传感/致动、海洋防污等生物医学及工程领域得到广泛的应用。但是，目前水凝胶涂层多采用一步聚合交联在基底粘附成型，在涂层厚度调控、曲面涂覆等环节存在诸多的应用限制。

近日，美国哈佛大学锁志刚教授课题组借鉴传统有机树脂双组份涂料（A组份：聚合物树脂基体，B组份：交联剂及助剂）的体系构成及施工特点，将水凝胶涂层的制备过程拆分为（线性）聚合物树脂的制备、基底亲水化处理、涂料涂覆及固化交联四个相对独立的步骤，使得每一步骤严格可控、便于程序化制备，同时极大地简化了其后续的施工工艺，实现了与传统涂料施工工艺的兼容。该研究成果极大地推进了水凝胶材料体系向工业化涂料的发展。相关论文以“Hydrogel Paint”为题发表于Advanced Materials。

水凝胶涂料的应用“四步曲”。图片来源：Adv. Mater.

该研究团队以传统的丙烯酰胺类水凝胶聚(丙烯酰胺-co-3-(三甲氧基硅烷)丙基丙烯酸酯)（p(AAm-co-TMSPMA)）为例，展示新型水凝胶涂料的概念。在该体系中，首先丙烯酰胺单体与偶联剂在水相自由基共聚形成聚合物树脂主体，同时共聚物硅烷组分上的烷氧基水解形成反应性功能端基--硅烷醇基；基底采用氧气等离子体（OP）等羟基化亲水处理后，涂覆水凝胶涂料，进入固化阶段：共聚物树脂链结构上的硅烷醇基间缩水交联形成交联网络结构或与基底表面羟基脱水成键实现与基底交联粘附。在涂层制备过程中，水凝胶涂料呈液态，体系粘度可基于链转移剂（CTA）和硅烷偶联剂含量进行精细调控以满足不同施工工艺需求；经过配方优化，该水凝胶涂料基底粘附强度可达900 J m-2；此外，类似传统涂料，该水凝胶涂料也可呈粉末干态长时间储存，进一步提升其可运输性及应用简便性。

水凝胶涂料体系粘度及基底粘附强度调控。图片来源：Adv. Mater.

将上述p(AAm-co-TMSPMA)水凝胶涂料用于镍钛合金医用金属导线表面（曲面金属基底）涂覆改性。基于简便的浸涂工艺，可简便实现金属导线表面不同厚度水凝胶涂层的构筑；对比测试表明：经过水凝胶涂料涂覆改性后，金属导线表面平整光滑、摩擦系数显著降低（为空白基底的1/8），且50余次摩擦循环测试后仍能维持低摩擦特性。

水凝胶涂料在“曲面”金属基底的涂覆应用。图片来源：Adv. Mater.

研究团队进一步将该新型水凝胶设计理念拓展到不同水凝胶材质体系。通过制备温敏性聚异丙基丙烯酰胺基水凝胶体系p(NIPAm-co-TMSPMA)及pH响应性聚丙烯酸基水凝胶体系p(AAc-co-TMSPMA) 在聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底涂覆应用、水下疏油型聚丙烯酰胺基水凝胶体系p(AAm-co-TMSPMA) 在铝质船底涂覆应用，表明水凝胶涂料这一创新性理念对于不同的水凝胶材质体系以及不同的基底皆表现出广泛的普适性。

水凝胶涂料树脂体系扩展及应用展示。图片来源：Adv. Mater.

总结

任何一种商业化产品从实验室走向实际工业化大规模制备应用，都必然要经历不同的研发阶段。该论文中的水凝胶涂料创新设计理念，无疑是水凝胶材料走向新型环保型工业化涂料的重要一环；同时，该研究成果也将为凝胶材料的拓展应用打开新的局面。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Hydrogel Paint

Xi Yao, Junjie Liu, Canhui Yang, Xuxu Yang, Jichang Wei, Yin Xia, Xiaoyan Gong, Zhigang Suo

Adv. Mater., 2019, 31, 1903062, DOI: 10.1002/adma.201903062