基于憎水性两性离子前体聚合物的海洋防污涂层的研究

摘要

近年来，海洋污损问题成为了国内外研究的热点。本文基于具有抗非特异性蛋白质吸附(nonfouling)及抗生物吸附能力的两性离子类聚合物材料，设计了具有良好憎水性的聚合物材料，同时为了提高防污涂层的海洋防污效果，赋予了其抗污能力和自抛光的特性，最后对其结构和性能进行研究和分析。主要的结果如下:
　　(1)以乙基取代叔胺的羧酸甜菜碱前体(ethyl-CBE)、γ-甲基丙烯酰氧丙基三（三甲硅氧烷）硅烷(TRIS)为单体，α-硫代甘油为链转移剂，通过自由基聚合合成具有双羟基的低聚物p(ethyl-CBE-b-TRIS)(OH)2，将其与聚四氢呋喃(PTMG)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、1，4-丁二醇(BDO)反应制得含硅侧链刷状憎水聚氨酯材料PU-PTMG-S。通过了一系列测试及表征，材料被证实具有良好的nonfouling效果和良好的耐水性。在长达30天的耐水性测试中，材料仍可以保持良好的外观、强度和一定的透明度;材料浸泡在海水水族箱90天，对比未涂膜的玻璃片，显示出了优异的抗海洋生物附着能力。
　　(2)以ethyl-CBE、聚（乙二醇）甲基丙烯酸酯(PEGMA)、γ-甲基丙烯酰氧丙基三（三甲硅氧烷）硅烷(TRIS)为单体进行自由基聚合合成了聚合物p(ethyl-CBE-PEGMA-TRIS)，在用HDI固化前加入普通玻璃微珠，制备有机无机复合涂层，以达到自更新效果。为提高玻璃微珠改性的防污涂层的自更新能力、nonfouling能力，对普通玻璃微珠进行两性离子前体化改性，通过与3-氨基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酸乙酯反应，制得两性玻璃微珠，再添加到聚合物体系中。在后续的表征和测试中，对比了两种材料的各项性能，结果表明，两性玻璃微珠改性的防污涂层较普通玻璃微珠改性的防污涂层的nonfouling性能有所提高，材料表面表现的更加亲水，同时玻璃微珠自更新的速度变的快而稳定，在为期90天的实海挂板试验中，两性玻璃微珠改性的防污涂层表现出了优异的海洋防污能力。
　　(3)为了使制备的p(ethyl-CBE-PEGMA-TRIS)具有稳定的表面自更新能力，实验用HDI与端基为硅羟基的聚二甲基硅氧烷(PDMS)反应获得的含异氰酸酯端基的聚二甲基硅氧烷部分代替HDI作为交联剂加入体系中，制得硅烷改性的可降解憎水材料。在生态环境测试6个月后，硅烷改性的可降解憎水材料显示出了优异的海洋生物防污能力。

目录

声明

致谢

摘要

缩写一览表

1．1 引言

1．2 抗非特异性蛋白质吸附材料

1．2．1 抗非特异性蛋白质吸附材料的作用机制概述

1．2．2 抗非特异性蛋白质吸附材料的分类

1．2．3 抗非特异性蛋白质吸附材料的应用

1．3 海洋防污涂料

1．3．1 海洋生物污损机理

1．3．2 有机锡类防污涂料

1．3．3 仿生防污涂料

1．3．4 低表面能防污涂料

1．3．5 无锡自抛光防污涂料

1．3．6 导电防污涂料

1．3．7 硅酸盐防污涂料

1．4 本课题的提出及主要工作

第2章 含硅侧链刷状憎水聚氨酯材料的制备及性能分析

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器设备

2．2．3 ethyl-CBE单体的合成

2．2．4 含硅侧链刷状憎水聚氨酯材料的制备

2．2．5 含硅侧链刷状憎水聚氨酯材料的表征及性能分析

2．3 结果及讨论

2．3．2 p(ethyl-CBE-b-TRIS)(OH)2聚合度对成膜效果的影响

2．3．3 HDI用量对成膜效果的影响

2．3．4 含硅侧链刷状憎水聚氨酯材料形态观察

2．3．5 抗非特异性蛋白质吸附性能分析

2．3．6 衰减全反射红外光谱(ATR-IR)分析

2．3．7 人脐静脉血管内皮细胞吸附结果

2．3．8 表面亲水性分析

2．3．9 平衡水含量(EWC)分析

2．3．10 材料耐水性分析

2．3．11 表面附着力分析

2．3．12 漆膜硬度分析

2．3．13 生态环境测试分析

2．4 本章小结

第3章 玻璃微珠改性的防污涂层的制备及性能分析

3．1 引言

3．2 普通玻璃微珠改性的防污涂层的制备和分析

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验仪器设备

3．2．3 实验操作

3．2．4 实验结果与结论

3．3．1 实验材料

3．3．2 实验仪器设备

3．3．3 实验操作

3．3．4 实验结果与讨论

3．4 本章小结

第4章 硅烷改性的可降解憎水材料的制备及性能分析

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料

4．2．2 不同聚合度的p(ethyl-CBE-PEGMA-TRIS)的制备

4．2．3 硅烷改性的可降解憎水材料的制备

4．3 实验结果与分析

4．3．1 引发剂和反应浓度对p(ethyl-CBE-PEGMA-TRIS)聚合度的影响

4．3．2 HDI用量对成膜效果及降解速度的影响

4．3．3 硅烷改性的可降解憎水材料P-Si形态观察

4．3．4 P-Si材料的抗非特异性蛋白质吸附分析

4．3．5 材料在海水中耐水性分析

4．3．6 平衡水含量(EWC)分析

4．3．7 表面及断面形貌分析

4．3．8 生态环境分析

4．4 本章小结

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简介