两亲性高分子季铵盐防污涂料制备及性能研究

摘要

季铵盐具有良好的杀菌性，与传统防污涂料杀菌剂（有机锡、氧化亚铜、氧化锌）相比，季铵盐杀菌剂环保性能优势明显。此外，季铵盐具有很好的亲水性，可以在防污涂料表面形成一层亲水性大分子刷，利用船舶高速行驶在表面产生的剪切力，大大减少海洋中微生物对船体的附着破坏。现在国内对高分子季铵盐应用于防污涂料的研究较少，因此本论文从季铵盐单体合成开始，利用红外、核磁等结构表征方法，成功合成出高纯度、高产率的季铵盐单体。再借鉴丙烯酸类防污涂料的合成方法，合成了不同配方比例的防污涂料，并进一步研究了涂料附着力、耐水性、抑菌性能。
　　首先，本文利用甲基丙烯酸-N，N-二甲胺基乙酯(DMAEMA)与卤代试剂（溴代正丁烷、氯化苄）亲核取代反应特性，结构表征显示，合成了两种丙烯酸类季铵盐单体(DM-BB、DM-BC)。通过改变实验条件（反应温度、反应时间、反应溶剂），优化季铵盐单体制备工艺，以及探讨了不同合成方法对产率和纯度的影响，最终在反应时间8h、反应温度90℃、无溶剂反应条件下，制得产率为86.81％的高纯度季铵盐单体。
　　在此基础上，采用自由基溶液聚合方法，将制备的季铵盐单体与丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)在H2O与CH3CH2OH混合溶剂中（体积比=1∶3）按一定比例共聚，使阳离子亲水基团与疏水基团链接在同一大分子链上。通过耐水性测试比较，poly((DM-BC)-co-BA-co-GMA)防污涂料耐水性能较差，poly((DM-BB)-co-BA-co-GMA)防污涂料耐水性能良好。所以，接下来主要以溴丁烷类高分子季铵盐防污涂料为对象进行研究。综合接触角测试、附着力测试、耐冲击性能测试、TGA等测试结果，配方比例GMA∶BA∶DM-BB为1∶1∶5时，涂层性能较好。并涂覆于以铁红环氧聚酰胺为底漆铁板上的涂层，与直接涂在马口铁板上的高分子季铵盐防污涂层相比，附着力测试等级均在1～2级，附着性能良好。
　　最后，选用革兰氏阴性菌液（气单胞菌属，Aeromonas punctata）浸泡涂层，利用场发射扫描电子显微镜，对涂料抗微生物附着性能进行观测，抗菌性能良好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 海洋污损生物粘附

1．2．1 条件膜的形成

1．2．2 微生物膜的形成

1．2．3 复杂生物群落以及大型污损生物层的形成

1．3 海洋防污涂料的研究进展

1．3．1 传统型海洋防污涂料

1．3．2 环境友好型海洋防污涂料

1．3．3 新型海洋防污涂料

1．4 课题研究背景

1．5 课题提出及研究内容

第二章 季铵盐单体合成及表征

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 季铵盐单体合成

2．3 结构表征

2．3．1 红外谱图分析

2．3．2 核磁谱图分析

2．4 溴丁烷季铵盐单体合成反应条件优化

2．4．1 反应时间对单体产率的影响

2．4．2 反应温度对单体产率的影响

2．4．3 反应溶剂对单体产率的影响

2．5 本章小结

第三章 高分子季铵盐合成及表征

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验方法设计

3．2．4 高分子季铵盐合成步骤

3．2．5 高分子季铵盐环氧值测试方法

3．3 高分子季铵盐聚合物测试

3．3．1 红外表征

3．3．2 高分子季铵盐环氧值测试

3．3．3 耐水性测试

3．3．4 接触角测试

3．3．5 热失重(TGA)测试

3．4 实验结果及讨论

3．4．1 红外谱图分析

3．4．2 环氧值测试结果

3．4．3 耐水性能测试结果

3．4．4 接触角测试结果

3．4．5 聚合物热性能分析

3．5 本章小结

第四章 涂层制备及性能测试

4．1 实验部分

4．1．1 实验药品

4．1．2 实验设备

4．2 涂层制备

4．3 涂层性能测试

4．3．1 附着力测试

4．3．2 耐冲击性能测试

4．3．3 抗海洋微生物附着性能测试

4．4 实验结果与讨论

4．4．1 附着力测试

4．4．2 耐冲击性能测试

4．4．3 抗微生物附着性能测试

4．5 本章小结

结论

参考文献

致谢