[发明专利]一种两亲性有机硅涂层及其制备方法与应用

说明书

本发明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‑乙烯吡咯烷酮反应，得到一种亲水端基化合物；亲水端基化合物作为侧链引入主链中，形成一种梳状结构，通过缩合反应合成一种两亲性有机硅涂层。该有机硅涂层并具有优异的机械强度，较低的表面能。亲水端基的存在改变了有机硅的疏水性，可以形成一种“模糊”表面，不利于海洋生物附着。本发明的两亲性有机硅涂层制备方法新颖、操作方便、实用性强，在海洋防污领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

有机硅涂层由于主链特有的Si-O-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。

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。

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。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种两亲性有机硅涂层及其制备方法与应用。本发明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。本发明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。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明，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。

一种亲水端基化合物，具有式(Ⅰ)所示结构:

式(Ⅰ)中，x＝1-5，y＝1-5；进一步优选，x＝3,y＝3。

根据本发明，上述亲水端基化合物的制备方法，包括步骤如下：