Page 116 - 《摩擦学学报》2020年第6期
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第 6 期 杨淑燕, 等: 聚合物PLL-g-PEG构象变化对宏观摩擦学性能的影响 799
80
Lubricant A Lubricant C
30 Lubricant A+PLL-g-PEG Lubricant C+PLL-g-PEG
60
Film thickness/nm 20 Film thickness/nm 40
10
20
0 0
1 10 100 1 10 100
Speed/(mm/s) Speed/(mm/s)
(a) Lubricant A (b) Lubricant C
Fig. 8 Variation of film thickness by adding polymer PLL-g-PEG
图 8 添加聚合物PLL-g-PEG引起膜厚变化曲线
中“倒塌”状的聚合物刷难以形成水化层. 的改善与聚合物刷的构象和溶液黏度均有关，推测良
上述光干涉的测量结果已证实：在HEPES-甘油 性溶剂中聚合物刷的水化层占主导作用，而不良溶剂
混合水溶液中，聚合物刷界面间的成膜特性既与聚合 中起决定作用的是甘油引起的黏度效应.
物刷的构象变化相关，也与流体动压效应相关，且随 c. 光干涉的试验结果表明聚合物刷界面间的成
工况(例如卷吸速度)的改变二者对成膜特性产生的贡 膜特性既与聚合物刷的构象变化相关，也与流体动压
献大小会发生转变，特别是在因无法产生流体动压效 效 应 相 关 ， 在 良 性 溶 剂 润 滑 剂 A中 聚 合 物 PLL-g-
应而不能在接触区内建立有效水膜时(例如黏度和速 PEG展现出了较好的成膜特性；对于润滑剂C，在低卷
度都很低)，可以考虑借助聚合物刷来促进水膜的形 吸速度下聚合物PLL-g-PEG也能较好地促进水膜的形
成，这对于拓宽水基润滑的应用有着较为重要的意义. 成，但当卷吸速度高于100 mm/s时作用甚微，此时呈
需要指出的是，接枝在摩擦副表面的聚合物PLL-g- 现出良好的润滑效果归功于黏度较高的甘油水溶液
PEG接枝密度，厚度和承载力非常有限，可考虑用其 的流体动压润滑效应.
他先进的制备方法来接枝润滑性能更好的聚合物刷， 参 考 文 献
例如，最近日本京都大学Yashinobu研究小组 提出了
[20]
[ 1 ] De Gennes, P G. Polymers at an interface: A simplified view[J].
密集型聚合物刷(Concentrated Polymer Brush)的概念，
Advances in Colloid and Interface Science, 1987, 27: 189–209.
发现其具有十分优异的润滑性能，事实上本研究小组 [ 2 ] Welch M E, Ritzert N L, Chen H, et al. Generalized platform for
就此也开展了一些研究工作，并初步获得了一些有价 antibody detection using the antibody catalyzed water oxidation
值的试验结果. pathway[J]. Journal of the American Chemical Society, 2014, 136:
1879–1883.
3 结论 [ 3 ] Yang W J, Neoh K G, Kang E T, et al. Polymer brush coatings for
combating marine biofouling[J]. Progress in Polymer Science, 2014,
a. 随着甘油体积分数的增加，QCM结果表明聚合
39: 1017–1042.
物PLL-g-PEG构象引起的频率变化值Δf越来越小，表
[ 4 ] Klein J, Kumacheva E, Mahalu D, et al. Reduction of frictional
明在良性溶剂(水)中通过不断结合周围的水分子发生
forces between solid surfaces bearing polymers brushes[J]. Nature,
溶胀而形成类似“刷”状的结构，但随着不良溶剂(甘 1994, 370: 634–636. doi: 10.1038/370634a0.
油)的增多造成了周围可结合水分子越来越少，这导 [ 5 ] Raviv U, Klein J. Fluidity of bound hydration layers[J]. Science,
致了“刷”状结构逐渐发生了“塌陷”. 2002, 297: 1540–1543.
b. 摩擦磨损的测量结果显示：在良性溶剂(润滑剂 [ 6 ] Klein J, Raviv U, Perkin S, et al. Fluidity of water and of hydrated
ions confined between solid surfaces to molecularly thin films[J].
A)中加入聚合物PLL-g-PEG后摩擦磨损性能改善效
Journal of Physics: Condensed Matter, 2004, 16: 5437–448.
果比不良溶剂(润滑剂C)明显得多，试验验证了聚合
[ 7 ] Nomura A, Goto A, Ohno K, et al. Controlled synthesis of
物刷构象的变化对摩擦磨损性能的影响；但同时发现 hydrophilic concentrated polymer brushes and their
润滑剂C的摩擦力明显低于润滑剂A，说明摩擦性能 friction/lubrication properties in aqueous solutions[J]. Journal of
