一种基于多巴胺原位组装制备疏水薄膜的方法与流程

本发明属于高分子材料，涉及一种基于多巴胺原位组装制备疏水薄膜的方法。

背景技术：

1、左旋3,4-二羟基苯丙氨酸的儿茶酚衍生物3,4-二羟基苯丙氨(多巴胺)作为一种生物神经递质，同时含有邻苯二酚和氨基官能团，这种结构和成分与粘附蛋白中粘附性能关键成分性质相似，且可以和材料表面建立共价-非共价相互作用，从而实现多巴胺分子对材料表面的超强粘附行为。在弱碱性条件下，多巴胺中的邻苯二酚基团能在溶解氧的作用下发生氧化-交联反应，自聚成复合聚多巴胺薄膜粘附在聚合物、金属、陶瓷、玻璃、木材等任何基材表面，且对材料的外形和尺寸没有限制，实现表面改性。同时，聚多巴胺含有的酚羟基和氨基等活性基团可以作为二次反应平台进行进一步表面修饰，接枝小分子、金属离子等制备多种高粘附性功能层。zhou等人(organic electronics，2019，75，105408)证明金属银网格和柔性pet基底间的粘附性可以通过制备金属银网格前在柔性pet基底上覆盖一层聚多巴胺来提高，从而提高银网格在弯折过程中的机械稳定性。

2、疏水表面是指与水的表观接触角大于90°的表面，表观接触角大于150°时为超疏水表面。对于亲水性的聚多巴胺，制备疏水表面的方法为在具有一定粗糙度的聚多巴胺表面上修饰低表面能的物质或接枝带有疏水基团的分子。中国专利(cn 112029409 a)报道了一种聚多巴胺混凝土疏水涂层材料及制备方法。具体是采用多巴胺盐酸盐和含有巯基小分子化合物溶解在tris-hcl缓冲溶液和乙醇混合液中进行聚合反应得到。中国专利(cn110004722 a)报道了一种多巴胺和疏水化合物共聚的疏水棉织物的制备方法。具体是利用漆酶催化多巴胺与2，2-双(3-氨基，4-羟基苯基)六氟丙烷发生共聚，生成一种具有黏附作用的疏水性共聚物，并沉积于棉织物表面。

3、发明目的

4、本发明的目的是提供一种基于多巴胺原位组装制备疏水薄膜的方法，在水相体系中，多巴胺在基底表面上氧化自聚合生成聚多巴胺；之后将改性基底与酸酐(羧酸、酰氯等)发生二次反应，原位组装成高粘附性的疏水薄膜。此方法简单、快速、绿色，且在建筑涂料、生物医学、净化环保、功能性纺织品等各个领域都拥有广阔的应用前景。

5、一种基于多巴胺原位组装制备疏水薄膜的方法，包括如下步骤：

6、(1)提供基底；

7、(2)在弱碱性条件下，多巴胺发生氧化-交联反应，自聚成聚多巴胺薄膜粘附于基底表面，清洗基底表面并干燥；

8、(3)将粘有聚多巴胺薄膜的基底放入无水酰化试剂溶液中发生酯化反应和酰胺化反应生成疏水性高分子聚合物，在基底上得到疏水薄膜，所述酰化试剂为有机羧酸、有机酸酐或有机酰氯。

9、所述有机羧酸的碳原子数为1-9，有机酸酐的碳原子为2n，其中n＝2-8的正整数，有机酰氯的碳原子数为2-12。

10、所述酰化试剂为有机酸酐。

11、所述有机酸酐为丙酸酐。

12、所述弱碱性条件为溶液ph为8.0-8.5。

13、所述步骤(2)方法：将盐酸多巴胺加入到三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲液中，并搅拌使其充分混合，之后将溶液全部倒入已放置有洁净且干燥基底的表面皿中，常温下静置浸泡24h或者超声处理30min之后，多巴胺在弱碱性的环境下发生氧化自聚并在基底表面形成致密的聚多巴胺薄膜。

14、所述基底为pet基底或pdms基底。

15、上述方法制备得到的疏水薄膜。

16、上述疏水薄膜在防水材料中的应用。

17、所述防水材料为建筑涂料、生物医学、净化环保、功能性纺织品。

18、本发明是在现有技术的聚多巴胺薄膜的基础上开发的一类疏水材料。多巴胺可以在多种基底上形成聚多巴胺薄膜，由于聚多巴胺薄膜表层具有多个-oh，或nh2，使聚多巴胺薄膜具有很好的亲水性能。本发明采用酰化试剂与已沉积在基底的聚多巴胺薄膜发生二次酯化反应和酰胺化反应，生成具有高粘附性的疏水薄膜。该疏水薄膜在-oh，nh2原位组装接枝有酰基，使亲水性能改性为疏水性能。

19、比较聚多巴胺薄膜和疏水薄膜的红外特征峰发现，聚多巴胺薄膜在1510cm-1，3435cm-1，3500cm-1-3543cm-1的特征峰在疏水薄膜均消失，是因为聚多巴胺与丙酸酐发生的酯化和酰胺化反应，消耗掉了聚多巴胺中的氨基和羟基；而疏水薄膜增加了在1713cm-1为高分子聚合物c＝o伸缩振动的特征吸收峰，在1235cm-1为c-o键的伸缩振动峰，证明了疏水性高分子聚合物薄膜的成功制备。

20、在采用pet基底和pdms基底制得疏水薄膜，分别测定水接触角：pet基底的水接触角为54.7°(图2a)，制得pet基底上聚多巴胺薄膜的水接触角为65.1°(图2b)，制得pet基底上的疏水薄膜的水接触角为109.0°(图2c)；pdms基底的水接触角为107.7°(图2d)；制得pdms基底上聚多巴胺薄膜的水接触角为63.8°(图2e)；制得pdms基底上的疏水薄膜水接触角为112°(图2f)。

21、本发明方法在原有的聚多巴胺薄膜的表面上接枝酰基，得到疏水薄膜，此方法简单、快速、绿色，且在建筑涂料、生物医学、净化环保、功能性纺织品等各个领域都拥有广阔的应用前景。

技术实现思路

技术特征：

1.一种基于多巴胺原位组装制备疏水薄膜的方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，所述所述有机羧酸的碳原子数为1-9，有机酸酐的碳原子为2n，其中n＝2-8的正整数，有机酰氯的碳原子数为2-12。

3.根据权利要求2所述的方法，所述酰化试剂为有机酸酐。

4.根据权利要求3所述的方法，所述有机酸酐为丙酸酐。

5.根据权利要求1所述的方法，所述弱碱性条件为溶液ph为8.0-8.5。

6.根据权利要求5所述的方法，所述步骤(2)方法：将盐酸多巴胺加入到三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲液中，并搅拌使其充分混合，之后将溶液全部倒入已放置有洁净且干燥基底的表面皿中，常温下静置浸泡24h或者超声处理30min之后，多巴胺在弱碱性的环境下发生氧化自聚并在基底表面形成致密的聚多巴胺薄膜。

7.根据权利要求1所述的方法，所述基底为pet基底或pdms基底。

8.根据权利要求1-7任一所述的方法制备得到的疏水薄膜。

9.根据权利要求8所述疏水薄膜在防水材料中的应用。

10.根据权利要求9所述的方法，所述防水材料为建筑涂料、生物医学、净化环保、功能性纺织品。

技术总结
本发明涉及一种基于多巴胺原位组装制备疏水薄膜的方法，首先在弱碱性条件下，多巴胺发生氧化‑交联反应，自聚成聚多巴胺薄膜粘附于基底表面，清洗基底表面并干燥；然后放入无水酰化试剂溶液中发生酯化反应和酰胺化反应生成疏水性高分子聚合物，在基底上得到疏水薄膜。本发明采用酰化试剂与已沉积在基底的聚多巴胺薄膜发生二次酯化反应和酰胺化反应，生成具有高粘附性的疏水薄膜。该疏水薄膜在‑OH，NH<subgt;2</subgt;原位组装接枝有酰基，使亲水性能改性为疏水性能。此方法简单、快速、绿色，且在建筑涂料、生物医学、净化环保、功能性纺织品等各个领域都拥有广阔的应用前景。

技术研发人员：周环宇,杨建军,王东升,程小娟,顾明洋,胡建新,乔匡义,李崇学
受保护的技术使用者：中交路桥建设有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14