[发明专利]一种基于荷叶仿生的疏水性聚氨酯海洋防污涂层材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于荷叶仿生的疏水性聚氨酯海洋防污涂层材料的制备方法。首先将丙烯酰氯用2‑己基癸醇酰化得到2‑己基丙烯酸癸酯，再将其巯基化之后，与二苯基甲烷‑4,4’‑二异氰酸酯及聚丙二醇反应得到齐聚物,再以异辛酸亚锡为催化剂，用纳米TiO₂表面的羟基引发L‑丙交酯开环聚合得到预聚物，最后加入齐聚物成功制备了具有微纳结构的主链可降解的疏水性聚氨酯涂层材料。通过采用缩聚与点击化反应相结合的方法得到的疏水性聚氨酯涂层材料，经实验研究表明，该涂料静态接触角为114°，作为一种新型的环境友好型海洋防污材料，通过减少海洋生物的附着达到防污目的，不会对海洋生物有任何毒害作用，从而减少了涂料使用对海洋生态环境的破坏。

技术领域

本发明属于化工涂料领域，具体涉及一种基于荷叶仿生的疏水性聚氨酯海洋防污涂层材料及制备方法。

背景技术

自然界中荷叶、蝉翼、蚊子复眼等都能展现出疏水现象，在这些“生物仿生学”启发下，疏水表面在过去几十年中因其优异的自清洁、减阻、抗污染和防冻性的能力而获得了极大的关注，其特有的疏水性能够减少水等腐蚀性介质对金属材料表面的侵蚀。如使用疏水高楼外墙涂料，可利用自然雨水清洗除尘，既节能环保，又节省了高昂维护费；用疏水涂料作电线的防冰涂层，不仅可提高电力输送系统中的能源利用效率，还可提高材料和系统的安全性；用疏水涂料作为船舶的防污涂层，不但有效减少海洋污损生物的附着、繁殖使船体使用寿命增加，而且在防污的同时因船体表面粗糙度减小使得航行阻力显著降低。因此，将疏水表面技术应用于腐蚀防护领域是一种重要的突破，具有广阔的发展前景。

纳米材料加入到聚氨酯基体中，可以赋予材料新的叠加效应，以极低的含量显著影响复合材料的性能。纳米材料不仅可以改善聚氨酯传统的电、热、力学等综合性能，还能提高其阻隔性能。纳米TiO₂具有抗菌杀菌的优良特性，大大减少污损生物的附着，保持涂层表面清洁。抗菌作用在于纳米TiO₂的量子尺寸效应。纳米TiO2在阳光尤其是在紫外线的照射下,当电子能量达到或超过其带隙能时,电子就可从价带激发到导带，在价带产生相应的空穴,即生成电子-空穴对。产生的电子-空穴对可迅速到达纳米粒子表面，和表面吸附的水、空气反应,生成化学活泼性很强的超氧化物阴离子自由基和氢氧自由基,当遇到细菌时，它们可以直接攻击细菌的细胞,致使细菌细胞内的有机物降解,以此杀灭细菌,并使之分解（Yang H J, Xu J B, Pispas S, Zhang G Z, Macromolecules, 2012, 45(8):3312–3317）。纳米TiO₂具有的光催化抗菌杀菌作用，可以用于抗菌防污涂料中，本发明将抗

菌性和疏水性相结合，可以有效地防治污损生物。

使用相对短链的高支化烃链可以获得疏水表面，通过利用2-己基-1-癸醇的侧链为长烃链结构的疏水性，与丙烯酰氯反应生成丙烯酸酯后，以DMPA为光引发剂与1-硫代甘油发生点击化反应实现聚氨酯硬段的制备，利用二苯基二异氰酸酯官能团-NCO的连接作用，制备端基为 -NCO的疏水性聚氨酯来连接纳米二氧化钛/聚乳酸复合材料，达到改性疏水性聚氨酯的目的，纳米二氧化钛的加入可增强材料的自清洁性能及热稳定性能。由于使用这些绿色材料，可以消除使用碳氟化合物的不良环境和商业后果。

发明内容

本发明的目的是提供一种疏水性聚氨酯海洋防污涂层材料及制备方法。通过采用缩聚与点击化反应相结合的方法，将主链可降解疏水性聚氨酯以化学键的形式链接到纳米TiO 2 制备出具有自清洁功能的疏水海洋防污涂层材料，为解决海洋污损生物对船舶等海洋装备的污损，减少航行阻力，提升船舶的能源效率提供一种新途径。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于荷叶仿生的疏水性聚氨酯海洋防污涂层材料的制备方法，包括如下步骤: