具有超亲水表面性质的硅橡胶及其制备方法

本发明涉及硅橡胶表面改性，具体涉及具有超亲水表面性质的硅橡胶及其制备方法。

背景技术：

1、硅橡胶不仅可以满足生物材料使用的基本要求，而且有耐热耐寒、耐生物老化、优良的生物惰性、无毒无害、良好的物理机械性能和良好的透气性，所以硅橡胶被大量的应用于医疗方面。硅橡胶虽然具有许多优点，但因为他的结构特性也影响了它的应用。由于硅橡胶分子的构型为螺旋型，使得主链上si-o键的极性减小或消除，非极性的-ch3基在螺旋结构的外侧，所以整个分子的极性较低，表现出了很强的疏水性，导致其相容性差，所以很容易吸附非极性物质和蛋白质，这可能导致细菌聚集并形成菌落，在长时间留置于人体时会引起感染。另外，硅橡胶表面活性低，作为医用材料使用时会与肌肤表面产生较大摩擦阻力，尤其导尿管类产品，更是增加了患者痛苦。由于硅橡胶表面的惰性，使得常规硅橡胶的表面处理方法都会面临长效性问题。即对硅橡胶表面处理后亲水性虽然较好，但这种表面状态难以保持较长时间，往往在进行表面处理后的几个小时就会恢复原状，这是常规硅橡胶表面处理所带来的另一方面问题。

2、因此，需要探索出一种具有超亲水表面性质以及具有长效亲水性的硅橡胶以解决实际应用中的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，而提供具有超亲水表面性质的硅橡胶及其制备方法。本发明的硅橡胶具有表面超亲水特性，且表面超亲水性可以保持较长时间。

2、为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、具有超亲水表面性质的硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)准备反应液，所述反应液中包括含羟基丙烯酸酯类化合物和贵金属催化剂；

5、(2)准备经硫化过的硅橡胶作为基材，对所述基材的表面进行等离子体处理，待处理完成后，在处理过的表面均匀涂覆含氢硅油，烘烤后得到预制基材；

6、(3)在具有所述含氢硅油的预制基材表面均匀涂覆所述反应液，烘干后即得到具有超亲水表面性质的硅橡胶。

7、进一步地，所述含羟基丙烯酸酯类化合物选自甲基丙烯酸-2-羟基丁酯、2-羟丙基异丁烯酸酯、2,3-二羟基甲基丙烯酸丙酯、2,3-二羟基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯中的一种或多种；优选为甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯中的一种或多种。

8、进一步地，所述贵金属催化剂选自卡斯特铂金催化剂，其中有效铂的重量百分含量为1000-5000ppm。

9、进一步地，所述含氢硅油选自侧链含氢硅油且排除端含氢硅油，其中含氢量为0.2wt％-1.6wt％，优选为1wt％-1.6wt％。端含氢硅油的含氢量大约在0.1wt％，只有端基的氢反应，不能自聚形成表面膜。

10、进一步地，所述贵金属催化剂在所述反应液中的重量百分含量为0.2％-6％，所述含羟基丙烯酸酯类化合物在所述反应液中的重量百分含量至少为90wt％；所述含氢硅油在所述基材表面的涂覆量为0.01-0.03g/mm2；所述反应液在表面的涂覆量为0.02-0.08g/mm2。

11、进一步地，所述经硫化过的硅橡胶包括高温硫化硅橡胶、室温硫化硅橡胶或液体硅橡胶中的一种；所述等离子体处理的工艺条件参数如下：处理功率50-500w，处理时间30-500秒，处理时的气体为氧气，气体流量50-300sccm，在负压、-10℃～40℃的温度下处理。

12、进一步地，步骤(2)中所述烘烤的温度为150-180℃、烘烤时间为5min-20min；步骤(3)中所述烘干的温度为50-150℃、烘干时间为1min-30min。

13、本发明另一方面提供由上述制备方法获得的具有超亲水表面性质的硅橡胶，表面静态水接触角小于10°，优化后表面水接触角可达到小于5°，更进一步优化后表面水接触角可达到小于0°。

14、本发明最后一方面提供由上述制备方法获得的具有超亲水表面性质的硅橡胶在制备医用材料中的应用。

15、有益技术效果：

16、本发明先将硅橡胶进行等离子体处理，然后在硅橡胶表面均匀涂覆含氢硅油，在具有含氢硅油的表面再涂覆含羟基的丙烯酸酯类化合物与催化剂的反应液，之后将硅橡胶放入烘箱中反应可制得具有超亲水表面性质的硅橡胶；

17、本发明方法中硅橡胶表面先进行等离子体处理，会在硅橡胶表面产生一定量的活性羟基基团(-oh)，再涂覆含氢硅油，在烘箱中加热反应，表面的含氢硅油即可与等离子体处理过的硅橡胶表面的-oh产生反应，生成较强的si-o化学键进而牢固连接，即含氢硅油以化学键较为牢固的固定在了硅橡胶表面；而后涂覆含羟基的丙烯酸酯类化合物与催化剂的反应液，因其具有烯烃双键，在铂金水催化剂和加热的作用下使乙烯基c＝c双键断裂并与含氢硅油中的si-h键结合，形成si-c化学键，即实现在硅橡胶表面的si-o化学键的硅原子上接枝含羟基的丙烯酸酯类化合物，化学键结合牢固(最终形成了硅橡胶-含氢硅油-含羟基的丙烯酸酯类化合物三者均可化学键牢固相连的特性)，具体反应原理见图1，图1中含羟基的丙烯酸酯类化合物以丙烯酸羟乙酯为例；而由于含羟基的丙烯酸酯类化合物具有端羟基(-oh)，在上述反应下，其端羟基裸露在表面，形成致密且稳定的硅橡胶亲水层；

18、本发明可显著提高硅橡胶表面的亲水性，将硅橡胶表面接触角从＞90°转变为小于10°，甚至趋近0°，使得硅橡胶表面呈超亲水性；本发明的具有超亲水表面性质的硅橡胶因其表面均为化学键键合连接，其亲水稳定性也能得到一定保证，本发明方法制得的具有超亲水表面性质的硅橡胶具有长效表面超亲水性。

技术特征：

1.具有超亲水表面性质的硅橡胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的具有超亲水表面性质的硅橡胶的制备方法，其特征在于，所述含羟基丙烯酸酯类化合物选自甲基丙烯酸-2-羟基丁酯、2-羟丙基异丁烯酸酯、2,3-二羟基甲基丙烯酸丙酯、2,3-二羟基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯中的一种或多种；优选为甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的具有超亲水表面性质的硅橡胶的制备方法，其特征在于，所述贵金属催化剂选自卡斯特铂金催化剂，其中有效铂的重量百分含量为1000-5000ppm。

4.根据权利要求1所述的具有超亲水表面性质的硅橡胶的制备方法，其特征在于，所述含氢硅油选自侧链含氢硅油且排除端含氢硅油，其中含氢量为0.2wt％-1.6wt％。

5.根据权利要求1所述的具有超亲水表面性质的硅橡胶的制备方法，其特征在于，所述贵金属催化剂在所述反应液中的重量百分含量为0.2％-6％，所述含羟基丙烯酸酯类化合物在所述反应液中的重量百分含量至少为90wt％；所述含氢硅油在所述基材表面的涂覆量为0.01-0.03g/mm2；所述反应液在表面的涂覆量为0.02-0.08g/mm2。

6.根据权利要求1所述的具有超亲水表面性质的硅橡胶的制备方法，其特征在于，所述经硫化过的硅橡胶包括高温硫化硅橡胶、室温硫化硅橡胶或液体硅橡胶中的一种；

7.根据权利要求1所述的具有超亲水表面性质的硅橡胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述烘烤的温度为150-180℃、烘烤时间为5min-20min；步骤(3)中所述烘干的温度为50-150℃、烘干时间为1min-30min。

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法获得的具有超亲水表面性质的硅橡胶，其特征在于，所述硅橡胶的表面静态水接触角小于10°。

技术总结
本发明涉及具有超亲水表面性质的硅橡胶及其制备方法和应用，包括如下步骤：(1)准备反应液，所述反应液中包括含羟基丙烯酸酯类化合物和贵金属催化剂；(2)准备经硫化过的硅橡胶作为基材，对所述基材的表面进行等离子体处理，待处理完成后，在处理过的表面均匀涂覆含氢硅油，烘烤后得到预制基材；(3)在具有所述含氢硅油的预制基材表面均匀涂覆所述反应液，烘干后即得到具有超亲水表面性质的硅橡胶。本发明的硅橡胶具有表面超亲水特性，水接触角小于10°，且表面超亲水性保持时间较长。

技术研发人员：郝冬冬,闫秋羽
受保护的技术使用者：常州大学怀德学院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11