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CN112029102A - 一种多嵌段共聚物、多嵌段两亲共聚物、多嵌段两亲聚合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种多嵌段共聚物、多嵌段两亲共聚物、多嵌段两亲聚合物及其制备方法和应用 Download PDF

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CN112029102A
CN112029102A CN202010833936.8A CN202010833936A CN112029102A CN 112029102 A CN112029102 A CN 112029102A CN 202010833936 A CN202010833936 A CN 202010833936A CN 112029102 A CN112029102 A CN 112029102A
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CN
China
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block
copolymer
block copolymer
amphiphilic
amphiphilic polymer
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Application number
CN202010833936.8A
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张贤慧
魏嘉馨
吴建华
吴波
杨阳
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Jimei University
Original Assignee
Jimei University
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Publication date
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    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/42Block-or graft-polymers containing polysiloxane sequences
    • C08G77/46Block-or graft-polymers containing polysiloxane sequences containing polyether sequences
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明涉及两亲性聚合物技术领域,特别涉及一种多嵌段共聚物、多嵌段两亲共聚物、多嵌段两亲聚合物及其制备方法,其中,所述多嵌段共聚物,包括,聚二甲基硅氧烷重复单元和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯重复单元,该多嵌段共聚物的制备方法,由该多嵌段共聚物制备的多嵌段两亲共聚物以及多嵌段两亲聚合物。采用本发明提供的多嵌段共聚以及由该聚合物制备的涂料,同时具备良好的疏水性和疏油性,并且还具备优异的抗蛋白吸附能力和抗硅藻吸附性能,而在进入季铵盐基团后的共聚物,在保持前述性能的情况下,还兼具有抗菌能力,一定程度上强化了涂层在性能上的缺陷,具有广泛的市场应用前景。

Description

一种多嵌段共聚物、多嵌段两亲共聚物、多嵌段两亲聚合物及 其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及两亲性聚合物技术领域,特别涉及一种多嵌段共聚物、多嵌段两亲共聚物、多嵌段两亲聚合物及其制备方法。
背景技术
生物污损(biofouling)是指藻类、贝类等生物大量附着、生长于船底和水下构筑物表面上,使其性能下降或损坏,这些产生污损的海洋生物称为海洋污损生物,是一类附着在船舶等及水下人造结构物上生长的动物、植物和微生物的总称,主要有藤壶、牡蛎、贻贝、海藻和海洋细菌等,大致可分为微型污损生物和宏观污损生物,这些海洋生物聚集生长,形成大面积的污损区。海洋生物污损是自人类从事海事活动以来一直要面对的问题,也是目前海洋开发所面临的难题之一。海洋污损的负面影响与经济、环境和安全相关。海洋生物污损会导致严重环境后果和随之带来的成本消耗。在船体上,海洋污损会增加船舶的航行阻力,降低航速,增加燃料消耗,不但会增加成本支出,还会增加温室气体排放,影响气候变化,海洋物种也可以通过船舶运输进入非本地环境。同时污损增加了流体动力阻力,导致舰船机动性变差,降低了螺旋桨推进效率,增大了舰船行驶中的噪声,干扰舰船声呐,同时使燃料消耗的增加达到15%,严重影响舰船的服役寿命和性能,与此相关的维护成本大幅增加,凭添巨额的维护维修费用。
目前,防止污损生物附着的方法主要包括机械清洗法,电解海水法和涂装防污涂料法,而其中使用防污涂料是最方便有效的方法。
因此,当前新型海洋防污材料已成为国外研究的热点,也是海洋科技发展急需的新材料。
总体来说,海洋防污涂料大致分为毒杀型防污涂料和污损释放型海洋防污涂料两类。有毒的海洋防污涂料可杀死海洋污损生物,释放到海洋中的毒物会影响海洋生物的正常生命活动;而污损释放型海洋防污涂料具有较低的表面能,海洋污损生物不易附着,即使附着少量海洋生物,当船舶航行时,附着不牢固的污损生物也会被高速行驶中产生的大型剪切力冲刷掉。这种涂料不含有毒防污剂,具有良好的防污性能,因而受到广泛关注。但毒杀型防污涂料对海洋生物未来生长存在隐患,污损释放型防污涂料静态防污效果还有待加强,因此将二者结合起来开发新的海洋防污涂料将是当前研究和开发的重点项目和方向。
申请号为202010179450.7的《一种防污材料及其制备方法》,公开了一种防污材料及其制备方法,其公开日为2020年6月5日,该防污材料采用聚二甲基硅氧烷、含丙烯腈结构的有机硅树脂、水溶性有机胺、两端能够携带硅烷氧基的嵌段聚合物,其通过各个组分的耦合调控,制备出基于主体材料自身特性的多种防污特性协同作用的防污材料。
但是,目前的两亲共聚物防污涂层仍存在不能抵抗所有的污损生物的广谱性等问题,尤其是在对于硅藻的去除上,存在很多难点无法攻克。
发明内容
为解决现有技术中两亲性共聚物涂层对于硅藻的去除难的问题,本发明提供一种多嵌段共聚物,包括:
如下结构式(1)的聚二甲基硅氧烷重复单元;
如下结构式(2)的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯重复单元;
Figure BDA0002638999270000031
其中,所述a为1~50,b为1~50。
在上述方案的基础上,进一步地,结构式如下所示:
Figure BDA0002638999270000032
其中,所述a为1~50,b为1~50。
在上述方案的基础上,进一步地,所述多嵌段共聚物的PDI为1.2~1.4。
在上述方案的基础上,进一步地,由聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯经硅氢加成得到。
本发明提供一种多嵌段共聚物的制备方法,将聚二甲基硅氧烷、溶剂和催化剂加入到反应容器内,再将聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和溶剂充分混合后在保护气体氛围下升温至85℃并回流,再加入到反应容器中,待完全加入后,升温至90℃继续反应,即得。
本发明还提供一种优选制备方案,将聚二甲基硅氧烷、甲苯和Karstedt催化剂加入到装回流冷凝管、恒压滴液漏斗和氮气导气管的250ml三口圆底烧瓶中,再将聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和甲苯,充分混合后加入恒压滴液漏斗中,连接装置且密封好后,搅拌并通氮气;在氮气氛围下升温至85℃并回流10min后,打开恒压滴液漏斗,缓慢滴加溶液到三口烧瓶中,待滴加完全后升温至90℃继续反应2h;反应结束后降温出料,产物为淡黄色或无色透明溶液。将得到的溶液利用旋转蒸发仪除去溶剂甲苯,然后用冰甲醇多次萃取除去未反应完的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯,得到多嵌段共聚物。
本发明提供一种多嵌段两亲共聚物,结构式如下所示:
Figure BDA0002638999270000041
其中,所述a为1~50,b为1~50,R为-Si(OC2H5)3
在上述方案的基础上,进一步地,由多嵌段共聚物、VTOES经硅氢加成得到;
其中,所述多嵌段共聚物采用如上所述的多嵌段共聚物,或如上所述的多嵌段共聚物的制备方法制备得到的多嵌段共聚物。
本发明提供一种多嵌段两亲聚合物,由多嵌段两亲共聚物、季铵盐经化学交联得到;
其中,所述多嵌段两亲聚合物采用如上所述的多嵌段两亲共聚物。
本发明提供一种多嵌段两亲聚合物的制备方法,将羟基硅油、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、多嵌段两亲聚合物和溶剂加入反应容器中,再加入交联剂和催化剂,然后搅拌即得。
本发明还提供一种优选制备方案,将羟基硅油、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、多嵌段两亲共聚物和溶剂加入到带有磁力搅拌的平底烧瓶中,再加入交联剂和催化剂,常温搅拌2h即得多嵌段两亲聚合物;
然后将制备好的多嵌段两亲聚合物涂覆在清洗过的载玻片上,置于通风柜中室温固化12h,得到QAS-多嵌段硅氧烷两亲共聚物防污涂层。
本发明提供一种所述多嵌段两亲聚合物在防污涂料中的应用;
其中,所述多嵌段两亲聚合物采用如上所述的多嵌段两亲聚合物,或如上所述的多嵌段两亲聚合物的制备方法制备得到的多嵌段两亲聚合物。
本发明提供的多嵌段共聚物、多嵌段两亲共聚物以及多嵌段两亲聚合物,与现有技术相比,具有以下优点:
(1)多嵌段两亲共聚物涂层表面存在微相分离结构,其微相分离程度在PEG(聚乙二醇)含量为60wt%时最为明显;且表面同时具有疏水性和疏油性,在与水接触后会进行表面重建,形成具有极性PEG(聚乙二醇)单元表面覆盖的两亲性动态表面;此外,硅氧烷两亲共聚物的亲疏水链段的比例影响涂层表面润湿性和表面自由能;
(2)多嵌段两亲共聚物涂层表面由于亲水组分聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的存在,使得涂层展现出良好的抑制牛血清蛋白吸附能力,且随着亲水链段PEG(聚乙二醇)含量的增加共聚物涂层表面抗蛋白效果更好,PEG(聚乙二醇)含量为70wt%时蛋白质吸附数量相对最少,抗蛋白吸附效果最佳;
(3)相比于自由基聚合的硅氧烷两亲共聚,本发明所制备的多嵌段两亲共聚物的分子结构更紧密,表面性质和防污效果相对较好,其中PEG(聚乙二醇)含量为60wt%的共聚物具有较好的表面性质和抗蛋白效果;
(4)在引入季铵盐基团后,在PDMS(聚二甲基硅氧烷)链段的推动下亲水链段更易向涂层表面方向迁移而具有更好的抗蛋白吸附性能;同时相比于单纯的多嵌段两亲共聚物涂层,涂层表面污损附着相对更少;且多嵌段两亲聚合物涂层附着藻类主要为菱形藻,较少部分为舟形藻。此外,在挂板后期(挂板60天和90天),虽然聚合物涂层表面也有少量硅藻等污损生物的附着,但附着在聚合物涂层表面的污损生物和淤泥等可通过水流剪切力脱附。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的涂层抗蛋白吸附示意图;
图2为本发明提供的双键封端以及三乙氧基封端的两亲共聚物合成路线图;
图3为本发明提供的反应原料与双键封端的多嵌段共聚物的红外光谱图;
图4为本发明提供的双键封端的多嵌段共聚物、三乙氧基封端的多嵌段共聚物以及Si(OEt)3的红外光谱图;
图5为本发明提供的三乙氧基封端的多嵌段共聚物的核磁氢谱图;
图6为本发明提供的多嵌段两亲共聚物的XPS全谱图;
图7为本发明提供的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯含量为50wt%时共聚物涂层表面牛血清蛋白吸附效果图;
图8为本发明提供的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯含量为60wt%时共聚物涂层表面牛血清蛋白吸附效果图;
图9为本发明提供的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯含量为70wt%时共聚物涂层表面牛血清蛋白吸附效果图;
图10为本发明提供的实际海洋挂板框架结构示意图;
图11为实际海洋环境下对照组挂板测试1天、3天、7天测试结果图;
图12为实际海洋环境下实施例9挂板测试1天、3天、7天测试结果图;
图13为实际海洋环境下实施例17挂板测试1天、3天、7天测试结果图;
图14为对照组、实施例9和实施例17实际海洋环境下15天挂板测试结果图;
图15为对照组、实施例9和实施例17实际海洋环境下30天挂板测试结果图;
图16为对照组、实施例9和实施例17实际海洋环境下60天挂板测试结果图;
图17为对照组、实施例9和实施例17实际海洋环境下90天挂板测试结果图;
图18为对照组实际海洋环境下挂板30天取样SEM表面图;
图19为实施例9实际海洋环境下挂板30天取样SEM表面图;
图20为实施例17实际海洋环境下挂板30天取样SEM表面图;
图21为实施例9实际海洋环境下挂板60天取样SEM表面图;
图22为实施例17实际海洋环境下挂板60天取样SEM表面图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明针对现有防污技术存在的问题,设计合成一种具有疏水疏油表面的聚二甲基硅氧烷/聚乙二醇多嵌段聚硅氧烷两亲共聚物,在空气中和刚接触水时涂层表面为亲水表面,抑制大部分生物在涂层表面附着,其作用机理如图1所示;随着在水中浸泡涂层表面逐渐转化为疏水表面,在水流的带动下时已经附着的部分污损生物脱附;同时为提高硅氧烷两亲共聚物涂层的广谱防污性能,设计合成一种QAS-多嵌段硅氧烷两亲共聚物使共聚物涂层表面具有抗菌性能,更早地抑制污损生物在涂层表面的附着。
由此,该聚二甲基硅氧烷/聚乙二醇多嵌段聚硅氧烷两亲共聚物,其合成路线如图2所示;
本发明还提供如下表所示实施例:
表1涂料组分用量表
Figure BDA0002638999270000081
需要说明的是,本文中所出现的PDMS/PEG(X)Y,X指代聚乙二醇含量,Y指代投料比;
PDMS为
Figure BDA0002638999270000091
PEG为
Figure BDA0002638999270000092
而本文中所述投料比为聚二甲基硅氧烷与聚乙二醇二甲基丙烯酸酯合成双键封端的聚二甲基硅氧烷和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯多嵌段共聚物时添加的重量比;
所述聚乙二醇含量为合成不同双键封端的聚二甲基硅氧烷和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯多嵌段共聚物中聚乙二醇的占比;
同时,在本发明提供的优选实施例中,所述多嵌段共聚物即指代双键封端的聚二甲基硅氧烷和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯多嵌段共聚物;所述多嵌段两亲共聚物即指代三乙氧基硅烷封端的聚二甲基硅氧烷和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯多嵌段共聚物;所述多嵌段两亲聚合物即指代QAS多嵌段硅氧烷两亲共聚物。
表1中,所述共聚物指代三乙氧基硅烷封端的聚二甲基硅氧烷和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯多嵌段共聚物;所述羟基硅油可以采用DMS-S35,交联剂可以采用MTAOS,所述催化剂为TBAF,所述溶剂可以采用重二甲苯;所述季铵盐为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(QAS);
为了进一步证明实施例的反应确实发生,本发明实施例中制备得到的多嵌段共聚物以及聚二甲基硅氧烷和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的红外图谱如图3所示,PDMS(聚二甲基硅氧烷)谱图中,2900cm-1处吸收峰为C―H键的伸缩振动,2127cm-1处吸收峰是Si―H基团伸缩振动的特征吸收;PEG(聚乙二醇)DMA谱图中3079cm-1处吸收峰是双键上C―H键伸缩振动的特征吸收,1642cm-1处吸收峰是C=C双键伸缩振动的特征吸收;而在多嵌段共聚物的谱图中,2127cm-1处的Si―H键吸收峰消失,1642cm-1处C=C双键吸收峰消失,说明两种物质发生了硅氢加成反应,证明聚合物合成成功。
如图4所示,对多嵌段聚合物a、多嵌段双亲聚合物b以及Si(OEt)3同样进行了红外光谱观察;
同样,由图5可以看出三乙氧基封端的多嵌段共聚物b的核磁共振氢谱图相对化学位移,其中δ=0.1为Si-CH3上H的化学位移,δ=3.8为-O-CH2CH2O―(PEG(聚乙二醇)结构中)上H的化学位移,且Si-H上H的化学位移δ=4.7和C=C双键上H的化学位移δ=6.0皆消失。
而如表2展示了不同投料比的含硅共聚物的GPC检测结果,由表可以看出所合成的嵌段聚合物PDI基本上在为1.2~1.4之间,证明得到的聚合物为嵌段聚合物,结合以上红外光谱与核磁共振图谱充分证明了通过硅氢加成反应生成了多嵌段共聚物。
表2不同共聚物数均和重均分子量
投料比 M<sub>n</sub> M<sub>w</sub> PDI
实施例16 1:8 3576 4293 1.200503
实施例19 1:12 3632 4456 1.226872
实施例20 1:16 3798 5015 1.320431
进一步地,为了验证PDMS和PEG之间微相分离情况,针对实施例1-3,通过XPS对共聚物的表面化学组成进行了测量,可知,Si/C比例是逐渐升高的,即共聚物表面Si/C升高,说明所有共聚物中,涂膜表面的PDMS(聚二甲基硅氧烷)含量均高于其体相的相应组份,说明PDMS(聚二甲基硅氧烷)链段确实向涂膜表面进行了迁移富集,从而导致共聚物薄膜表面组成与其体相组成不是完全一致,其表面的疏水性也会逐渐上升,因此共聚物对水的润湿性上会表现出疏水性增强。
同时,由于PDMS(聚二甲基硅氧烷)链段和PEG(聚乙二醇)链段之间通过化学键相互连接,从而使PDMS(聚二甲基硅氧烷)链段的迁移受到了一定程度的约束,使得多嵌段两亲共聚物只能形成微相分离结构而不至于发生宏观相分离。正是这种微观的非均相结构赋予这种嵌段共聚物具有许多优异性能,例如抗凝血、防止蛋白质吸附等。
同时,通过轻敲模式的原子力显微镜方法对共聚物涂层表面进行了形貌观察并分析发现,当共聚物中PEG(聚乙二醇)的含量低或者过高时,共聚物薄膜的表面比较模糊、表面形态的稳定性不好,链段容易迁移,表明这一试样表面不存在微相分离或微相分离程度非常弱。
所述原子力显微镜(AFM)分析方法如下:
通过原子力显微镜轻敲模式下测试获得两亲性共聚物的形貌。首先将共聚物溶解在THF之中(利用THF稀释到105倍),得到样品浓度为1%(m/V)用四氢呋喃溶解共聚物的溶液,随后均匀滴加在的云母片上,在室温下让溶剂自然挥发干燥48h,测试范围3×3μm。
进一步的,进行实施例1-3的接触角、表面自由能测试,其测试结果如下表所示:
表4共聚物物接触角与表面自由能
Figure BDA0002638999270000111
由上可知,共聚物涂层表面存在微相分离结构,其微相分离程度在PEG(聚乙二醇)含量为60wt%时最为明显;共聚物涂层表面同时具有疏水性和疏油性,当亲水组分PEG(聚乙二醇)DMA含量为60wt%时,共聚物表面水接触角为72.86°,表面自由能为21.55mJ/m2,表面Si/C元素比为42.33%。
进一步地,通过异硫氰酸荧光素标记的牛血清蛋白(BSA-FITC)在一系列共聚物涂层表面上吸附情况测试硅氧烷嵌段两亲共聚物涂层表面的抗蛋白质吸附性能,以此来探究两亲性聚合物对于蛋白质吸附的影响。如图7-10所示,依次为对照组、PDMS/PEG(50)8、PDMS/PEG(60)8、PDMS/PEG(70)8;
可以看出嵌段共聚物涂层表面,即图7-9,吸附的牛血清蛋白数量明显减少,可以看出不同PEG含量的嵌段共聚物涂层表面均具有良好的抑制牛血清蛋白吸附能力,且随着亲水链段PEG(聚乙二醇)含量的增加共聚物涂层表面抗蛋白效果更好。
进一步的,针对实施例进行实际海洋环境挂板测试;将合成的多嵌段两亲共聚物、多嵌段两亲聚合物均匀滴在环氧树脂板上,室温下在通风橱里自然流平。24h后放入电热恒温鼓风干燥箱,70℃条件下烘干并放置2天,并时常观察成膜情况。
实海静态浸泡测试在位于厦门大离埔屿附近(24°33′N,118°09′E)的海上浮筏进行。
该处海域生态环境优良,水下多岩礁,饵料丰富,污损生物种类及数量丰富,是实海静态浸泡实验的理想场所。挂板材料分别为涂刷多嵌段两亲共聚物和多嵌段两亲聚合物的环氧树脂板和作为对照组的没有涂刷任何涂层的空白环氧树脂板。然后将环氧树脂板挂在深度为水面下1m左右的海水中,分别在1d、3d、7d、15d、30d、60d、90d这些时间节点按照标准ASTM D6990-05(2011)将挂板从海水中取出,用海水轻轻的冲洗掉涂层表面覆盖的海泥,观察涂层的情况及附着的海洋生物,随后对板材进行检测和拍照记录;后期污损生物附着量增大后,用一定压力的水流模拟船航行时速冲刷涂层表面,再次观察涂层的情况及污损生物的去除情况,并拍照记录。挂板实验的具体实施方案如表5所示。
前期取样密集主要是为了观察共聚物涂层在实际海洋环境下生物膜的生长和细菌种群的演替情况。此外,对每次在海上浮筏平台取回样板的附着物都进行保存以便后续的检测,同时通过选取具有代表性特征的板材拍摄电镜来分析共聚物涂层的微观附着情况。
表5实海挂板实施表
挂板材料 1d 3d 7d 15d 30d 60d 90d
对照组 5 5 5 5 5 5 5
实施例9 5 5 5 5 5 5 5
实施例17 5 5 5 5 5 5 5
实海挂板按照图每批次取样,设计五个平行式样从上至下一列五个样板为一个批次,挂板深度为20-120cm深度,具体如图10所示。
如图11-13所示,挂板1天后,所取样板中对照组与实施例9和实施例17并没无显差异,说明在一天之内,只有很少量的细菌、蛋白及有机物分子在共聚物涂层上附着,且宏观上用肉眼观测不到;
挂板3天后取样的样板与第1天的取样结果区别不大。
挂板7天后取样的样板可以看到,其表面有少量生物膜形成,且相比于对照组,实施例9和实施例17的样板上附着的细菌和微生物群落相对较少,说明涂有硅氧烷两亲共聚物防污涂层的环氧树脂板比没有涂层保护的单纯环氧树脂板在浸入海水初期具有明显的抑制细菌和微生物的附着能力,进而影响着生物膜的生长的防污效果。
如图14所示,挂板15天后取样的对照组样板淤泥和硅藻较多,而实施例9和实施例17两种样板表面淤泥和硅藻附着较少,且含季铵盐的多嵌段两亲聚合物表面附着的硅藻相对更少。
随后通过在实验室观察所取的样板发现,对照组样板在15天左右开始有硅藻附着,且其材料表面出现硬化现象,说明附着的硅藻和细菌等微生物改变了材料的表面性质。
而涂有多嵌段两亲共聚物和多嵌段两亲聚合物的环氧树脂板的表面依然保持涂层光滑的性能,说明共聚物涂层对样板起到了保护作用。
如图15所示,挂板30天后样板涂层表面开始出现少量的藤壶幼虫。对照组样板依然附着最多,表面污损生物多为细菌、微生物及几种硅藻和少量的藤壶幼虫;而实验组的环氧树脂板表面附着的硅藻和淤泥相对较少,藤壶幼虫也相对少许多,特别是涂有多嵌段两亲聚合物的,其涂层表面因在共聚物中引入的季铵盐基团起到抗菌作用,使得共聚物涂层在初期抑制藻类的附着效果相对更好。
如图16所示,经过60的天挂板时间,对照组表面已经铺满了污损生物;
而针对60天挂板后样品进行冲刷发现涂层表面附着的硅藻脱除很多,这说明有两亲性共聚物涂层的脱附性质起到了保护环氧树脂板的防污效果。
如图17所示,经过90天的挂板时间,对照组表面已经铺满了污损生物,对照组表面性质改变相比60天时非常严重。
而涂有多嵌段两亲共聚物和多嵌段两亲聚合物的环氧树脂板表面附着情况相比对照组要少很多,说明有两亲性共聚物涂层防护的环氧树脂板材防污性能良好。
随后通过对比涂有多嵌段两亲共聚物的环氧树脂板表面和涂有多嵌段两亲聚合物的环氧树脂板表面发现实施例17即含季铵盐的共聚物涂层表面附着的污损生物量要少于不含季铵盐的样板表面,说明其在初期抑菌作用对后期污损生物对基体表面的附着有影响,导致其防污效果相对更好。
在90天挂板的取样中选取三块特征样板进行模拟航行船速的冲刷,以验证材料的污损释放能力。得出,对照组在水流冲刷前后几乎无污损生物脱落,而涂有多嵌段两亲共聚物和多嵌段两亲聚合物的环氧树脂板在冲刷之后可以看到污损生物明显的减少,尤其是含季铵盐的共聚物涂层样板,说明硅氧烷两亲共聚物有良好的脱附性能,且共聚物中季铵盐的加入并不影响其污损释放性能。
为了进一步了解挂板取样结果的表面污损生物附着情况,通过电子扫描显微镜分别对对照组的30天取样结果以及实施例9和实施例17两组实验组的30天、60天取样结果进行微观观察分析,拍摄结果如图18-22所示;
通过对比文献资料等,可以从图中看出对照组样板主要附着的硅藻种类为菱形藻和舟形藻,而两组实施例的测试结果来看主要为菱形藻类附着。
30天挂板后,根据拍摄情况得出有实施例涂层防护的环氧树脂板对硅藻的抑制效果较为明显,防止舟形藻附着的效果尤为明显,其中附着的硅藻大小均在0-10μm左右。
60天挂板取样的电镜照片,通过SEM表面微观结果可以看出60天附着的硅藻多为菱形藻,比于30天的附着结果其在尺寸上稍大了许多(10-20μm)。
结合挂板取样宏观拍摄情况可以确定有实施例涂层防护的环氧树脂板对硅藻的抑制效果较为明显,防止舟形藻附着的效果相对于菱形藻更好。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种多嵌段共聚物,其特征在于,包括:
如下结构式(1)的聚二甲基硅氧烷重复单元;
如下结构式(2)的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯重复单元;
Figure FDA0002638999260000011
其中,所述a为1~50,b为1~50。
2.根据权利要求1所述的多嵌段共聚物,其特征在于,结构式如下所示:
Figure FDA0002638999260000012
其中,所述a为1~50,b为1~50。
3.根据权利要求1所述的多嵌段共聚物,其特征在于:所述多嵌段共聚物的PDI为1.2~1.4。
4.根据权利要求1所述的多嵌段共聚物,其特征在于:由聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯经硅氢加成得到。
5.一种多嵌段共聚物的制备方法,其特征在于:将聚二甲基硅氧烷、溶剂和催化剂加入到反应容器内,再将聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和溶剂充分混合后在保护气体氛围下升温至85℃并回流,再加入到反应容器中,待完全加入后,升温至90℃继续反应,即得。
6.一种多嵌段两亲共聚物,其特征在于,结构式如下所示:
Figure FDA0002638999260000021
其中,所述a为1~50,b为1~50,R为-Si(OC2H5)3
7.根据权利要求6所述的多嵌段两亲共聚物,其特征在于:由多嵌段共聚物、VTOES经硅氢加成得到;
其中,所述多嵌段共聚物采用如权利要求1-4任一项所述的多嵌段共聚物,或如权利要求5所述的多嵌段共聚物的制备方法制备得到的多嵌段共聚物。
8.一种多嵌段两亲聚合物,其特征在于,由多嵌段两亲共聚物、季铵盐经化学交联得到;
其中,所述多嵌段两亲聚合物采用如权利要求6或7所述的多嵌段两亲共聚物。
9.一种多嵌段两亲聚合物的制备方法,其特征在于:将羟基硅油、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、多嵌段两亲聚合物和溶剂加入反应容器中,再加入交联剂和催化剂,然后搅拌即得。
10.一种多嵌段两亲聚合物在防污涂料中的应用;
其中,所述多嵌段两亲聚合物采用如权利要求8所述的多嵌段两亲聚合物,或如权利要求9所述的多嵌段两亲聚合物的制备方法制备得到的多嵌段两亲聚合物。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113402971A (zh) * 2021-05-28 2021-09-17 浙江大学衢州研究院 一种玻璃珠填充的硅酮凝胶抗污抑菌涂层及其制备方法和应用
CN115058012A (zh) * 2022-07-01 2022-09-16 济南大学 一种多刺激响应荧光有机硅-聚乙二醇嵌段共聚物的制备方法
CN115124920A (zh) * 2022-08-05 2022-09-30 之江实验室 一种透明的自修复防沾污聚氨酯涂料及其制备方法
CN116640276A (zh) * 2023-06-27 2023-08-25 天津大学 一种序列可控多嵌段共聚物刷的合成方法
CN116813825A (zh) * 2023-06-29 2023-09-29 征鸿诺瓦医疗科技(深圳)有限公司 一种可交联的阳离子聚合物及其合成方法和应用
CN118206906A (zh) * 2024-03-12 2024-06-18 集美大学 一种利用L-组氨酸设计pH电荷响应的两亲防污涂料及其制备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1267313A (zh) * 1997-08-22 2000-09-20 莱拉斯股份公司 新的嵌段共聚物及其制备
CN107955524A (zh) * 2017-11-22 2018-04-24 上海大学 含peg/季铵盐的有机硅防污涂料及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1267313A (zh) * 1997-08-22 2000-09-20 莱拉斯股份公司 新的嵌段共聚物及其制备
CN107955524A (zh) * 2017-11-22 2018-04-24 上海大学 含peg/季铵盐的有机硅防污涂料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
翁斌 等: "含氟/PEG的有机硅基双亲防污涂层的制备及性能", 《高分子学报》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113402971A (zh) * 2021-05-28 2021-09-17 浙江大学衢州研究院 一种玻璃珠填充的硅酮凝胶抗污抑菌涂层及其制备方法和应用
CN113402971B (zh) * 2021-05-28 2022-04-05 浙江大学衢州研究院 一种玻璃珠填充的硅酮凝胶抗污抑菌涂层及其制备方法和应用
CN115058012A (zh) * 2022-07-01 2022-09-16 济南大学 一种多刺激响应荧光有机硅-聚乙二醇嵌段共聚物的制备方法
CN115124920A (zh) * 2022-08-05 2022-09-30 之江实验室 一种透明的自修复防沾污聚氨酯涂料及其制备方法
CN115124920B (zh) * 2022-08-05 2023-05-26 之江实验室 一种透明的自修复防沾污聚氨酯涂料及其制备方法
CN116640276A (zh) * 2023-06-27 2023-08-25 天津大学 一种序列可控多嵌段共聚物刷的合成方法
CN116640276B (zh) * 2023-06-27 2024-01-26 天津大学 一种序列可控多嵌段共聚物刷的合成方法
CN116813825A (zh) * 2023-06-29 2023-09-29 征鸿诺瓦医疗科技(深圳)有限公司 一种可交联的阳离子聚合物及其合成方法和应用
CN116813825B (zh) * 2023-06-29 2024-06-04 征鸿诺瓦医疗科技(深圳)有限公司 一种可交联的阳离子聚合物抗菌涂层的制备方法
CN118206906A (zh) * 2024-03-12 2024-06-18 集美大学 一种利用L-组氨酸设计pH电荷响应的两亲防污涂料及其制备
CN118206906B (zh) * 2024-03-12 2025-09-30 集美大学 一种利用L-组氨酸设计pH电荷响应的两亲防污涂料及其制备

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