1.本发明属于日用化工技术领域，尤其是指一种水润滑剂及其制备方法与应用。


背景技术：

2.水润滑是生物界面低边界摩擦的重要机制，最典型的例子是我们体内的器官、关节软骨和眼睑，它们的摩擦系数u很低(通常低于0.01)，这使得水润滑在化学、生物工程、表面物理化学和材料科学等学科中成为一个热门的研究领域。水在25℃下粘度为0.89mpa/s，本身并不是边界摩擦的良好润滑剂，通常在高滑动速度/低负载条件下具有低摩擦；而在低滑动速度/高负载条件下，水很容易从滑动界面中挤出，无法起到降低摩擦力的作用。但当水在界面中达到分子尺寸时，水具有独特的结构和特性，在边界摩擦中起到良好的润滑剂作用(摩擦系数可降至10-3-10-5
)。
3.界面水达到分子尺寸需要有一定的条件，研究发现，人体关节处的低摩擦力主要归因于透明质酸、蛋白多糖和胶原蛋白，滑液中的生物大分子在润滑过程中组装到软骨表面形成一层以透明质酸主链，糖蛋白分子和其它润滑素为侧链的“刷”状结构。基于此发现，许多研究人员通过添加表面固定的生物大分子和表面接枝亲水聚合物刷来提升水基润滑剂的承载能力，试验结果表明表面接枝聚合物刷在水中可以实现超低的摩擦系数，甚至达到比天然关节更低的摩擦系数。然而，无论是表面固定生物大分子还是聚合物刷，其制备过程通常较为繁琐，反应条件苛刻，对基底具有很强的选择性，从而在很大程度上限制了其应用范围。
4.此外，目前洗发水和护发素中使用的调理技术大多依赖于聚合物在头发表面的吸附，头发润滑剂的研究工作主要涉及高电荷物质和硅油。这些调理剂在头发上的吸附通常是无规则的，而水润滑在头发上特殊的“刷”状结构能够提供更加优异的润滑性能，为无硅油产品的开发设计提供了一种新的思路。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种水润滑剂的制备方法与应用。
6.一种水润滑剂的制备方法，包括以下步骤：
7.(1)使用碱将丙烯酸或丙烯酰胺类单体溶液的ph值调节至5.0-7.0，加入烯烃基吡咯或吡啶混合均匀，得到混合液；
8.(2)向步骤(1)中所述混合液加入引发剂，混合均匀进行加热反应，得到亲水性无规共聚物，并溶于水中得到所述水润滑剂。
9.在本发明的一个实施例中，步骤(1)中，所述碱为氢氧化钠，氢氧化钾。
10.在本发明的一个实施例中，步骤(1)中，所述丙烯酸或丙烯酰胺类单体溶液的溶剂为水、乙醇、异丙醇、丙酮或四氢呋喃。
11.在本发明的一个实施例中，步骤(1)中，所述丙烯酸或丙烯酰胺类单体为甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺和二甲基丙烯酰胺中的一种或多种。
12.在本发明的一个实施例中，步骤(1)中，所述丙烯酸或丙烯酰胺类单体与烯烃基吡咯或吡啶的总质量是所述混合液总质量的5％-30％。。
13.在本发明的一个实施例中，步骤(2)中，所述反应的温度为50-70℃；反应的时间为3-12h。
14.在本发明的一个实施例中，步骤(2)中，所述引发剂的质量是丙烯酸或丙烯酰胺类单体与烯烃基吡咯或吡啶的总质量的0.1％-3％。
15.在本发明的一个实施例中，步骤(2)中，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢和过氧化二苯甲酰中的一种或多种。
16.在本发明的一个实施例中，步骤(2)中，加热反应结束后，还包括以下步骤：冷却、真空干燥、洗涤纯化、真空干燥。
17.在本发明的一个实施例中，洗涤纯化中洗涤剂为乙醇、异丙醇、无水乙醚和石油醚中的一种或多种。
18.本发明还提供了一种水润滑剂。
19.在本发明的一个实施例中，所得的水润滑剂在日用化工中的应用
20.在本发明的一个实施例中，所述日用化工中包括肤用化妆品或毛发用化妆品。
21.在本发明的一个实施例中，所述肤用化妆品细分为沐浴露、膏霜或面膜。
22.在本发明的一个实施例中，所述毛发用化妆品包括洗发、护发、整发中使用的产品。
23.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
24.本发明合成的亲水性无规共聚物中，烯烃基吡咯或吡啶中的n原子能与带负电的头发结合，从而将共聚物吸附在头发上，形成聚合物刷；同时，共聚物优异的成膜性质能均匀铺展在头发表面。共聚物中的另一种单体具有良好的亲水性，能够将分子尺寸下的水分子结合在在聚合物刷中，从而起到良好的润滑剂作用。
25.本发明通过溶液自由基聚合法制备了亲水性无规共聚物，并将其应用到水润滑中，与现有技术相比，制备过程简单，成本低，反应条件易于控制，具有优异的生物安全性和相容性。
26.本发明制备的水润滑剂，在头发上吸附后具高牢固性、高润滑性、铺展性好等特点。
附图说明
27.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
28.图1是本发明不同浓度的亲水无规共聚物溶液与动摩擦系数的关系图，并与jr-400进行对比；
29.图2是本发明不同浓度的亲水无规共聚物溶液与接触角的关系图。
30.图3为0.0001％质量浓度的p(nvp-co-maa)溶液在云母片上吸附后的afm图。
具体实施方式
31.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以
更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
32.实施例1：
33.将3.066g甲基丙烯酸溶于20ml纯水中，加入一定量的naoh调节ph至5.0-7.0，与5.934g n-乙烯基吡咯烷酮一起加入反应瓶中，通入n2除氧15min，升温至55℃，加入回流装置，再将18mg过硫酸钾溶于10ml纯水中，超声溶解加入反应瓶中，反应3h；反应完后溶液置于70℃真空干燥箱中干燥24h，再使用无水乙醇多次洗涤后，45℃真空干燥得到白色粉末p(nvp-co-maa)，将其溶于水中制得水润滑剂。
34.实施例2：
35.将2.712g丙烯酸溶于20ml纯水中，加入一定量的naoh调节ph至5.0-7.0，与6.283gn-乙烯基吡咯烷酮一起加入反应瓶中，通入n2除氧15min，升温至55℃，再将18mg过硫酸钾溶于10ml纯水中，超声溶解后加入，回流反应8h；反应后的溶液置于70℃真空干燥箱中干燥24h，再使用石油醚多次洗涤后，45℃真空干燥得到白色粉末p(nvp-co-aa)，将其溶于水中制得水润滑剂。
36.实施例3：
37.将6.66g n-乙烯基吡咯烷酮和3.44g甲基丙烯酸加入单口烧瓶中，加入30ml异丙醇和0.4926g偶氮二异丁腈，通入n2除氧30min后，密封，65℃油浴反应3h。自然冷却至常温，通过无水乙醚多次沉淀洗涤后，45℃真空干燥得到白色粉末p(nvp-co-maa)，将其溶于水中制得水润滑剂。
38.实施例4
39.将7.33g乙烯基吡啶和4.12g甲基丙烯酸加入单口烧瓶中，加入30ml异丙醇和0.5725g偶氮二异丁腈，通入n2除氧30min后，密封，65℃油浴反应3h。自然冷却至常温，通过石油醚多次沉淀洗涤后，45℃真空干燥得到白色粉末p(4-vp-co-maa)，将其溶于水中制得水润滑剂。
40.实施例5
41.将10.23gn-乙烯基吡咯烷酮和4.62g丙烯酸加入单口烧瓶中，加入30ml异丙醇和0.8324g偶氮二异丁腈，通入n2除氧30min后，密封，65℃油浴反应3h。自然冷却至常温，通过无水乙醇多次沉淀洗涤后，45℃真空干燥得到白色粉末p(4-vp-co-maa)，将其溶于水中制得水润滑剂。
42.测试例1：
43.亲水无规共聚物的水润滑效果
44.将实施例3中的聚合物配置成一系列质量浓度(0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％)的聚合物溶液，以及制备质量浓度为0.1％的聚季铵盐-10聚合物溶液，取干净头发置于上述溶液中吸附30min，冲洗头发表面未吸附的聚合物，测定聚合物的水润滑效果，并与聚季铵盐-10进行摩擦系数对比，结果见图1-图2。
45.从图1中可以看出，经聚合物溶液处理后的头发摩擦系数显著降低，且浓度越高，摩擦系数降低越多，在浓度达到0.2％后降低速率减缓；与相同浓度的聚季铵盐-10对比可看出，0.1％的p(nvp-co-maa)溶液具有更加优异的润滑性。
46.图2为不同浓度的亲水无规共聚物溶液与接触角的关系图，可见，随着浓度的增大，接触角逐渐降低，最后趋于稳定，这与图1的曲线关系是一致的。
47.图3为0.0001％质量浓度的p(nvp-co-maa)溶液在云母片上吸附后的afm图，吸附高度为1.3nm，聚合物在云母表面形成一层膜，与水润滑特征一致。
48.对比例1：
49.本对比例中润滑剂的制备步骤同实施例1，区别在于，反应过程中不用碱条调节反应液的ph值。实验过程中发现，在反应和洗涤纯化过程中会产生凝胶，不能得到本发明所述的水润滑白色固体粉末。
50.对比例2：
51.具体制备步骤中亲水性共聚物的单体为甲基丙烯酸(maa)或丙烯酸(aa)时，经头发吸附后测得的摩擦系数和接触角与原发基本一致，由于pmaa和paa均与头发无结合位点，无法吸附至头发上，难以达到水润滑效果，由此可见，本发明亲水烯烃类有机化合物与烯烃基吡咯或吡啶协同作用可以增强水润滑剂的性能，缺一不可。
52.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。