含氟聚合物的合成及其作為生物防污涂層的應用.pdf

1、眾所周知，含氟聚合物具有極低的表面自由能，優(yōu)異的光學性能、電學性能、熱穩(wěn)定性和耐化學性，因此在織物整理、光纖涂層、微電子和防污劑等領域具有很好的應用前景。在海洋防污上，自從國際海事組織(IMO)在2003年開始禁用毒性的有機錫防污漆后，世界各國科學家都開始致力于研究和開發(fā)新型的環(huán)境友好型防污涂料或涂層作為替代品。其中含氟聚合物由于其較低的表面張力和環(huán)境友好性而倍關注，但目前還沒有性能很好的商品化的含氟產品出現(xiàn)。因此，找到能夠提高海洋防污

2、效果的技術和開發(fā)出具有潛在應用價值的含氟聚合物顯得特別重要。
　　 在本論文中我們設計并合成了幾種低表面能含氟共聚物，利用FT-IR、1HNMR、19F NMR、GPC、XPS等方法對聚合物的結構進行了表征，并在玻璃和金屬表面制備了相應的涂層，最后對涂層表面進行了海洋防污性能測試。本論文我們先在實驗室條件下對含氟涂層的抗菌性能（金黃色葡萄球菌和大腸桿菌）和抗藻性能（污損性硅藻）進行初步評價。之后，篩選出有潛在防污性能的聚合物來作

3、為涂料用的功能性樹脂，并將得到的涂料直接用于山東青島海上的海上掛板實驗。全文主要包括以下幾個方面的工作。
　　 一、從苯乙烯和含氟烷基醇原料出發(fā)，通過三步反應合成了兩種全氟烷烴取代的苯乙烯單體，再將此重要單體和甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯通過自由基溶液聚合反應得到含全氟烷烴取代的苯乙烯為側鏈的預聚物，最后在紫外光照條件下，功能性環(huán)氧基團開環(huán)得到新型的交聯(lián)的含全氟烷烴取代的苯乙烯為側鏈的功能性聚合物。并采用自然界中普遍存在

4、的金黃色葡萄球菌（革蘭氏陽性）進行抑菌性測試和海洋中污損性較強的硅藻進行生物防污測試。
　　 二、合成了含全氟聚醚取代的疏水性苯乙烯單體，并設計合成含三乙二醇結構單元的親水苯乙烯單體，再通過自由基聚合反應，得到一種新型含兩親性的聚合物，并對其性能進行探索性研究。我們采用自然界中普遍存在的大腸桿菌（革蘭氏陰性）和金黃色葡萄球菌（革蘭氏陽性）進行抑菌性測試。另外，采用室內掛板的方法研究新型功能性樹脂的防生物附著性能。
　　

5、三、自組裝技術在表面改性中的應用。我們利用自組裝技術將含聚乙二醇和短鏈氟烷基單元的兩親性硫醇嫁接到銅片基底上，以期對金屬表面進行改性，實現(xiàn)超薄防污膜的制備。我們用掠角紅外反射光譜和X-射線光電子能譜(XPS)對硫醇自組裝膜進行了表征，其結果證明兩親性自組裝膜己被成功制備。最后用金黃色葡萄球菌和硅藻進行了生物測試，測試結果表明這類自組裝膜都有很好的潛在防污性能。
　　 四、仿生聚合物的合成。我們結合了具有天然防污性能的磷酰膽堿(P

6、C)和低表面能的全氟聚醚(PFPE)特點，通過乳液聚合合成了一系列新型的仿生聚合物。通過調節(jié)親水性磷酰膽堿(PC)取代的丙烯酸酯單體和疏水性全氟聚醚取代的苯乙烯單體的比例，期望得到一種防污性能優(yōu)異的仿生聚合物。通過分析常見菌的抑菌圈大小和硅藻吸附的細胞個數(shù)得出的結論是：聚合物8c、8d和8e防污性能較好。
　　 五、涂料配方的研究。以防污涂料中最核心的兩部分:防污劑與成膜樹脂為出發(fā)點，首先我們通過硫代、還原、酰胺化和氯化反應合成

7、了異噻唑啉酮類化合物MI和CMI，并用它來代替被禁用的有機錫防污劑和有毒的氧化亞銅等無機重金屬防污劑。然后在前面章節(jié)合成出的各類聚合物基礎上，我們篩選出有潛在防污性能的聚合物4a-b以及8c-e作為主要成膜樹脂。最后應用涂料知識，設計出以聚合物4a-b以及8c-e作為主要成膜樹脂，以異噻唑啉酮類化合物MI和CMI為有機防污劑的涂料。并通過在青島海上掛板測試，我們發(fā)現(xiàn)以聚合物4b為樹脂的涂料AF-2和以聚合物8c為樹脂的涂料AF-3的防污