一种两亲性有机硅涂层及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种两亲性有机硅涂层及其制备方法与应用，将硫代甘油、丙烯酸丁酯、N

【技术实现步骤摘要】
一种两亲性有机硅涂层及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于智能有机硅高分子材料领域，具体涉及一种两亲性有机硅涂层及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]为了充分有效利用海洋中的各种资源，大量的海洋设施用于海洋资源的开发和利用，但在复杂的海洋环境中，海洋生物污损成为了亟待解决的问题。一直以来人们致力于研发有效阻隔海洋生物附着的涂层。TBT涂层防污性能优良，但对环境具有严重威胁，已于2008年在全球被禁止使用。所以，开发环保型防污涂层是目前的研究热点。
[0003]有机硅涂层由于主链特有的Si
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O
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Si结构和侧链上的甲基，具有较低的表面能，耐高低温，耐辐射，耐氧化等性能优异，而且无毒环保，受到人们的广泛青睐。这种涂层可以让船舶在航行过程中利用水的冲刷较易除去污损物，但是静态条件下，缺乏水流提供的剪切力，有机硅涂层存在防污能力不足的问题。一些研究人员通过向有机硅涂层中添加防污剂来达到防污的效果，例如小分子硅油，辣椒素等，虽然具有较好的防污效果，但存在释放速率不稳定，而且一旦防污剂完全释放，涂层的防污能力下降甚至丧失防污能力，导致涂层的使用期限缩短，所以需要开发长期保持防污能力且环保的涂层材料。
[0004]两亲性聚合物涂层由低表面能疏水组分和亲水性组分组成，亲水部分改变了材料的疏水性，可以形成一种“模糊”表面，不利于海洋细菌和硅藻的附着，未来可以在海洋防污领域具有广阔的应用前景。低表面能疏水组分一般指有机硅材料，但是现有的有机硅低表面能材料较软、力学性能较差，导致不耐用和易受机械损坏，这大大限制了其的应用范围。为了改善有机硅材料力学性能较差的问题，一些研究人员引入聚脲或氨基甲酸酯结构等，通过提供了大量氢键，可以很大程度上增强材料的机械强度，但提升仍有不足。
[0005]关于两亲性有机硅方面也有专利文件报道，例如：CN112812307A公开了单封端两亲性有机硅氧烷大分子单体、硅水凝胶、角膜接触镜及制备方法，采用两亲性有机硅氧烷大分子单体于亲水小分子单体物理共混的方式合成硅水凝胶材料；CN107488407A公开了一种有机硅改性醇酸树脂水性乳液及其制备方法，涉及到了两亲性有机硅改性剂，亲水性较强，但机械性能仍然不足。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种两亲性有机硅涂层及其制备方法与应用。本专利技术通过引入亲水端基聚合物改变了材料的疏水性，氨基甲酸酯提供了大量的氢键，三乙醇胺构建了稳定的共价交联网络，这些大大提高了材料的机械性能。本专利技术基于氢键相互作用和三维交联结构使材料具有较高的机械强度，亲水端基化合物改变了材料的疏水性的同时，不会对低表面自由能的特性造成影响。通过在二元醇与异氰酸酯反应合成异氰酸酯封端的预聚体，然后以1,4
‑
丁二醇为扩链剂，亲水端基化合物作为侧链，三乙醇胺为交联剂，制备了一种两亲性有机硅涂层。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]根据本专利技术，首先提供一种亲水端基化合物，以其作为侧链，与预聚体形成大分子线性聚合物，反应得到两亲性有机硅涂层。
[0009]一种亲水端基化合物，具有式(Ⅰ)所示结构:
[0010][0011]式(Ⅰ)中，x＝1
‑
5，y＝1
‑
5；进一步优选，x＝3,y＝3。
[0012]根据本专利技术，上述亲水端基化合物的制备方法，包括步骤如下：
[0013]将硫代甘油、丙烯酸丁酯(BA)、N
‑
乙烯吡咯烷酮(NVP)和溶剂混合后，加入引发剂，在通氮气条件下60
‑
90℃反应10
‑
15小时，反应完成后减压去除溶剂，产物在过量石油醚中沉淀，然后真空干燥，即得。
[0014]根据本专利技术，优选的，硫代甘油、丙烯酸丁酯(BA)、N
‑
乙烯吡咯烷酮(NVP)的摩尔比为1：(2
‑
5)：(2
‑
5)，进一步优选1：2.5：2.5。
[0015]根据本专利技术，优选的，所述的引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)；
[0016]优选的，引发剂的加入量为丙烯酸丁酯(BA)、N
‑
乙烯吡咯烷酮(NVP)总摩尔量的0.5
‑
1.0％。
[0017]根据本专利技术，优选的，所述的溶剂为四氢呋喃。
[0018]根据本专利技术，优选的，反应温度为70
‑
80℃，最优选75℃。
[0019]根据本专利技术，优选的，真空干燥温度为70
‑
90℃，最优选80℃。
[0020]根据本专利技术，所述的亲水端基化合物的制备方法，一种优选的实施方案，包括步骤如下：
[0021]将硫代甘油、丙烯酸丁酯(BA)、N
‑
乙烯吡咯烷酮(NVP)按0.4：1：1的摩尔比加入到装有机械搅拌桨和冷凝系统的三口烧瓶中，偶氮二异丁腈(AIBN)作为引发剂，用量为BA和NVP总摩尔量的1％；用四氢呋喃做溶剂并用N2脱气，升温到75℃反应12小时；减压除去大部分溶剂，在过量石油醚中沉淀；最后，将产品转移到圆底烧瓶中，并在80℃的真空烘箱中干燥过夜，即得。
[0022]根据本专利技术，上述亲水端基化合物作为两亲性有机硅涂层亲水改性基团的用途。
[0023]本专利技术通过在侧链引入亲水端基化合物改变了有机硅涂层的疏水性，而且对低表面能的特性并没有太大影响。本专利技术选用亲水性强、化学性质稳定的丙烯酸丁酯(BA)、N
‑
乙烯吡咯烷酮(NVP)作为亲水基团，硫代甘油使亲水端基化合物能够作为侧链引入。相比利用聚乙二醇作为亲水基团，聚乙二醇在海水中不够稳定，醚键会发生断裂，随着亲水端基化合
物含量的增加，材料的亲水性增加，表面能也逐渐增加，但最大仅为24.43mJ
·
m
‑2，研究表明，表面能不大于30mJ
·
m
‑2，即对污垢释放能力没有影响，仍然是一种低表面能材料。
[0024]根据本专利技术，还提供一种两亲性有机硅聚合物，具有式(Ⅱ)所示结构：
[0025][0026]式(Ⅱ)中，a，b，x，y，n均为大于零的自然数。
[0027]根据本专利技术，优选的，式(Ⅱ)中，a＝1
‑
5，b＝1
‑
5，x＝8
‑
12，y＝9
‑
20，n＝7
‑
20。
[0028]根据本专利技术，上述两亲性有机硅聚合物的制备方法，包括步骤如下：
[0029]以异氰酸酯封端的预聚体为主体材料，1,4
‑
丁二醇为扩链剂，亲水端基化合物为侧链，三乙醇胺为交联剂，缩聚反应制备两亲性有机硅聚合物。
[0030]根据本专利技术，优选的，亲水端基化合物的添加量为异氰酸酯封端的预聚体质量比的5
‑
15％；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亲水端基化合物，其特征在于，该化合物具有式(Ⅰ)所示结构:式(Ⅰ)中，x＝1
‑
5，y＝1
‑
5。2.权利要求1所述的亲水端基化合物的制备方法，包括步骤如下：将硫代甘油、丙烯酸丁酯(BA)、N
‑
乙烯吡咯烷酮(NVP)和溶剂混合后，加入引发剂，在通氮气条件下60
‑
90℃反应10
‑
15小时，反应完成后减压去除溶剂，产物在过量石油醚中沉淀，然后真空干燥，即得。3.根据权利要求2所述的亲水端基化合物的制备方法，其特征在于，硫代甘油、丙烯酸丁酯(BA)、N
‑
乙烯吡咯烷酮(NVP)的摩尔比为1：(2
‑
5)：(2
‑
5)；优选的，所述的引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)；优选的，引发剂的加入量为丙烯酸丁酯(BA)、N
‑
乙烯吡咯烷酮(NVP)总摩尔量的0.5
‑
1.0％；优选的，所述的溶剂为四氢呋喃。4.根据权利要求2所述的亲水端基化合物的制备方法，其特征在于，反应温度为70
‑
80℃；优选...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘月涛，宋程新，王哲，张德金，高传慧，王传兴，武玉民，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：