聚合物水润滑涂层材料在生物医疗器械与装备运行部件等领域展现出重要的应用前景。其中，聚两性离子水凝胶润滑材料因其优异的水合、抗污、抗菌等功能，备受关注。然而，聚两性离子水凝胶润滑材料的可控制备却是难点。由于聚两性离子水凝胶具有出色的水合能力，在制备过程中会形成稳定且牢固的水合层，从而对两性离子单体的聚合产生不利影响。目前，合成聚两性离子水凝胶的研究往往涉及相对苛刻的反应条件，光/热能量的持续输入、较长的聚合时间以及相对较高的单体使用浓度，这些限制了聚两性离子水凝胶润滑材料的规模化工程应用。
近日，中国科学院兰州化学物理研究所研究员周峰团队提出了基于一种基于“水合屏蔽”效应的聚两性离子水凝胶制备新方法——HS-A-RP，创新地将聚乙烯醇（PVA）作为水合屏蔽剂引入Ag+-S2O82-氧化还原催化体系中，实现了通用性两性离子单体在宽单体浓度范围（0.3-50wt%）、宽温域（-5℃-37℃）内的超快速聚合（t＜60秒），且反应过程无需外部能量（紫外光/热）的输入。
由于PVA自身具有优异的水合能力且分子链上富含羟基，PVA可先通过静电作用或物理方式包覆高度水合的两性离子单体，再借助范德华力及静电相互作用，形成对两性离子水合层中水分子的竞争性吸引，从而有效削弱水合层对两性离子聚合过程的不利影响。此外，PVA分子链对两性离子单体的包覆，还能够进一步促进单体之间通过偶极-偶极相互作用形成去水化聚集体，通过增加单体间的碰撞概率，显著提升两性离子的聚合效率。
与传统光/热引发体系相比，HS-A-RP制备的聚两性离子水凝胶不仅具有更致密的网络结构和更好的机械性能，还展现出优异的抗溶胀、润滑、抗菌和防污性能。通过该种方法制备的聚两性离子水凝胶既能够作为功能涂层有效改善生物医用器械的表面润滑性，又能实现对热敏材料和砂砾的原位封装。此外，快速凝胶化和宽温域内可反应的特性，使HS-A-RP能够在不同基底表面和极端稳定环境条件下，规模化制备聚两性离子水凝胶涂层。
相关研究成果以Scalable Preparation of Polyzwitterionic Hydrogels Based on Hydration Shielding-Accelerated Redox Self-Catalytic Polymerization (HS-A-RP)为题，发表在《德国应用化学》上。研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等的支持。
论文链接
HS-A-RP催化聚合机理及其聚合两性离子单体的示意图
HS-A-RP方法在水润滑涂层可控制造方面的应用演示
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