通过双桥接设计实现稳定润滑层的耐用树脂基防滑涂层

《Materials Letters》：Durable resin-based slippery coating with stable lubricating layer enabled by dual-bridging design

摩擦系数低至0.7°的SLIPC涂层通过双桥接设计实现机械强度与稳定润滑层协同优化，其氨基端聚二甲基硅氧烷与环氧树脂交联增强韧性，同时范德华力吸附硅油形成持久润滑层，经千次砂纸摩擦和8000rpm离心后仍保持低滑动角（2.3°），抗菌性能达90.3%抑制率。

　　该研究提出了一种创新的双桥接设计策略，用于开发一种具有机械强度和稳定润滑层的滑润液浸润多孔涂层（SLIPC）。这种涂层在医疗设备和临床环境中具有重要的应用潜力，因为细菌附着和增殖是引发感染的主要因素，而SLIPC通过引入润滑液层，能够有效防止细菌附着，从而降低感染风险。然而，传统SLIPS（滑润液浸润多孔表面）往往依赖于微纳米结构来吸附和储存润滑液，这些结构在机械磨损或极端环境下容易受损，导致润滑液流失，进而影响其滑润性能。因此，如何在单一涂层中同时实现机械强度和润滑液稳定性成为了一个挑战。

研究人员通过将氨基端聚二甲基硅氧烷（NH?-PDMS）接枝到棒状纤维素上，并将其掺入环氧树脂中，成功构建了这种双桥接SLIPC。这一设计的关键在于NH?-PDMS不仅能够与环氧树脂发生交联反应，从而增强涂层的韧性，防止开裂，还能通过强范德华力与润滑液（如硅油）结合，形成稳定的润滑层。此外，氟化二氧化硅纳米颗粒和疏水性二氧化硅纳米颗粒被用作填料，以改善涂层的平整度和粘度。这种组合不仅提升了涂层的机械性能，还增强了其对润滑液的吸附能力，使得SLIPC在恶劣条件下仍能保持优异的滑润性能。

实验结果显示，该SLIPC在未加入润滑液时表现出优异的滑润性，其水滑动角（WSA）仅为0.7°，表明其具有极强的水排斥能力。在经历了1000 cm的砂纸摩擦和8000 r/min的高速剪切后，WSA仍保持在2.3°，说明该涂层具有良好的耐久性和机械稳定性。此外，SLIPC在细菌附着测试中表现出显著的抗细菌附着能力，其表面细菌附着量仅为铝板的约9.03%，进一步验证了其在医疗领域的应用前景。

研究还探讨了化学成分对滑润性能的影响。实验表明，环氧树脂AG80的含量和NH?-PDMS的接枝量对WSA有重要影响。当AG80含量为1.5 g时，通过调节NH?-PDMS的含量，研究人员能够优化WSA，使其达到最低值0.7°。这表明，通过精确控制化学成分，可以进一步提升SLIPC的滑润性能。此外，润滑液的粘度也对滑润层的稳定性产生影响。实验发现，当润滑液粘度为500 cSt时，其吸附能力最强，WSA最小。然而，随着粘度的增加，润滑液的渗透时间也会延长，因此需要在粘度与渗透效率之间找到平衡。

为了进一步验证SLIPC的机械性能，研究人员进行了多种测试，包括高分子材料的附着力测试、砂纸摩擦测试和高速离心测试。根据ISO 2409和ISO 4624标准，SLIPC的附着力达到了4.39 MPa，显示出极强的机械强度。在砂纸摩擦测试中，SLIPC在经历了1000 cm的摩擦后，仍能保持较低的WSA（1.3°），而对照组样品A和样品B的WSA则显著增加，表明NH?-PDMS在维持滑润性能方面起到了关键作用。此外，SLIPC在高速离心测试中也表现出良好的稳定性，其WSA仅升高至2.3°，远低于对照组样品。

在化学稳定性方面，SLIPC在水喷冲击、高温环境（150 °C和200 °C）以及酸碱浸泡测试中均表现出优异的性能。水喷冲击测试中，即使在2 m/s的冲击速度下，WSA也保持在5°以下，说明其润滑层在冲击条件下仍能保持稳定。高温测试结果显示，当温度升高时，润滑液的粘度降低，导致其在涂层表面的附着能力下降，但SLIPC仍能维持较低的WSA，表明其在高温环境下具有较强的抗滑动能力。酸碱浸泡测试中，SLIPC的WSA在浸泡后仍保持在3°以下，进一步证明其化学稳定性。

在细菌附着测试中，研究人员使用大肠杆菌（E. coli）作为测试对象，通过将细菌悬液滴加到SLIPC表面并进行24小时培养，评估其抗细菌附着能力。结果显示，SLIPC表面的细菌附着量仅为3.1 × 10? CFU，而铝板的细菌附着量则高达3.2 × 10? CFU。这表明SLIPC不仅能够有效防止细菌附着，还能通过其表面的润滑层将附着的细菌迅速滑落，从而显著降低感染风险。这一性能对于医疗设备和临床环境中的抗菌应用具有重要意义。

综上所述，该研究通过双桥接设计策略，成功开发了一种兼具机械强度和稳定润滑层的SLIPC。该涂层在多种极端条件下仍能保持优异的滑润性能和抗菌能力，显示出其在实际应用中的巨大潜力。未来，研究人员计划进一步优化润滑液的储存能力，例如通过引入多孔结构或油凝胶，以提升涂层的使用寿命和适用范围。这一成果为滑润涂层在医疗、工业和环境工程等领域的应用提供了新的思路和技术支持。