含氟芳基侧链修饰聚合物的合成及其生物防污性能

摘要

氟原子具有电负性大、原子半径小、碳氟键的键能大等特点，所以含氟材料在电子、光学、生物材料、润滑剂、表面活性剂和海洋防污等领域应用十分广泛。在航海领域，海洋生物污染是开发海洋资源时面临的最大困难之一，防污整理剂即防污涂料或涂层是解决此类问题的最佳方法。传统的防污整理剂如三丁基锡，由于其对自然环境造成了很大的危害而被禁止使用，因此寻找新型环境友好的防污整理剂十分必要。
　　含氟聚合物具有较低表面能，将含氟聚合物整理在船体表面，细菌很难粘附上去，即使粘附上去也很容易脱落，进而达到防污目的。目前含氟聚合物涂层已经应用于海洋防污领域。本论文设计并合成了两类侧链含有氟原子取代苯环结构的含氟聚合物，一类是具有交联结构的含氟聚合物，另一类是两亲性含氟聚合物。期望通过向苯环上引入氟原子可以增强苯环间的???堆积作用以保持全氟链段在涂层表面的富集，另外苯环上氟原子的引入在保持聚合物中氟含量时可以使用更短的全氟链段，以期合成环境友好型的防污整理剂。
　　本论文主要包括以下内容：
　　一、以五氟苯乙烯、全氟聚醚醇或全氟烷基醇为原料合成了全氟链取代四氟苯乙烯单体4a和4b，再由含氟单体4、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)共聚得到聚合物7，聚合物7在高压汞灯下环氧开环，得到具有交联结构的聚合物涂层8。通过XPS分析发现，聚合物涂层8的表面氟含量较聚合物7有了一定的提高，说明含氟链段向涂层表面发生了富集。聚合物的疏水性、热稳定性和抗细菌(大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)粘附性等性能测试表明聚合物7具有良好的热稳定性(Td>303 oC)、疏水性(棉织物表面θH2O>144°)和抗细菌粘附性。而且聚合物的疏水性和抗菌粘附性都随着含氟单体4投料比例的增加而提高。为了研究苯环上氟原子的引入对聚合物性能的影响，应用苯环上没有氟原子取代的全氟烷基修饰的苯乙烯单体4c合成了聚合物13作为对照聚合物，对比测试结果表明，苯环上的氟原子有助于提高聚合物的疏水性和热稳定性。为了降低含氟单体的用量，应用甲基丙烯酸十八烷基酯(OMA)与含氟单体4和甲基丙烯酸甲酯(MMA)共聚，合成了聚合物15，并研究了此类聚合物的热稳定性和疏水性。
　　二、从五氟苯乙烯、全氟聚醚醇和聚乙二醇出发合成了两亲性含氟单体18，应用含氟单体18、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和含硅单体19聚合得到具有两亲性结构的含氟共聚物20。研究了聚合物20的疏水性，热稳定性和抗细菌(大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)粘附性等性能。由于聚合物中含有聚乙二醇单元，所以聚合物20涂层的疏水性一般，但θH2O>108°，能满足防污应用的要求，并且聚合物表现出优良的热稳定性(Td=339 oC)和抗细菌粘附性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 防污涂料的发展历程

1.3 有机硅低表面能防污涂料

1.4 有机氟低表面能防污涂料

1.5 低表面能防污涂料的研究现状

1.6 本文研究目的

第二章 含氟芳基侧链修饰交联聚合物的合成及其生物防污性能

2.1 研究背景

2.2 设计思路

2.3 含氟聚合物的制备

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

第三章 含氟芳基侧链修饰两亲性聚合物的合成及其生物防污性能

3.1 研究背景

3.2 设计思路

3.3 两亲性聚合物的制备

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

第四章 全文总结

第五章 实验部分

5.1 实验原料及试剂

5.2 测试表征方法

5.3 化合物的制备

5.4 织物整理

5.5 铝片的电化学抛光处理

5.6 生物防污测试

化合物结构一览表

攻读学位期间发表的学术论文目录

参考文献

致谢