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原子转移自由基聚合法制备两性离子聚合物及其表面防污性能研究

林德雨  
【摘要】:海洋生物污损会给船舶带来极大的危害,常用防污涂料大多含有有毒防污剂,这些物质大量释放、累积后会对生态环境造成危害,其使用也受到越来越严格的限制。以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为主体的环境友好的污损释放型防污材料已商业化应用,具有良好的发展前景。然而该类材料在船舶静止时防污性能还不理想、基体强度相对较低。为此,本论文选用抗蛋白吸附性能好的两性离子聚合物,对以PDMS为主体的硅橡胶材料表面和PDMS基体进行改性,研究两性离子聚合物改性对PDMS防污性能的影响。利用原子转移自由基聚合法,在纳米二氧化硅表面接枝两性离子聚合物,并将其引入硅橡胶表面对其改性。研究在硅橡胶基体表面分别采用直接引入两性离子聚合物接枝的纳米颗粒和先引入带有引发位点的纳米颗粒再进行接枝聚合的两种方法对其表面进行改性,探讨不同改性方法对改性表面形貌的影响。为进一步研究不同功能基团聚合物对材料表面防污性能的影响,对比两性离子单体与阴离子、非离子型单体制备的聚合物改性表面的硅藻附着数量,两性离子聚合物改性表面相对未改性的硅橡胶材料减少97.6%,具有最佳防污性能,此外,阴离子聚合物改性表面硅藻减少了96.1%,而非离子型聚合物的引入没有提高材料防污性能。为同时提高PDMS基体材料的防污性能和力学强度,通过防污性能最好的、含丙烯酸酯结构的两性离子单体与氨丙基硅油进行聚合,制备了主链含有聚丙烯酸酯和聚二甲基硅氧烷链段的ABA型两亲性嵌段聚合物(SBMA-b-PDMS–b-SBMA)。聚合物膜接触角测试表明其呈现疏水性,Zeta电位随着p H增加而降低,相对PDMS材料更接近电中性,其抗拉强度可达20 MPa,远高于有机硅涂料树脂的抗拉强度,具有良好的机械强度。硅藻附着实验结果表明,嵌段聚合物膜表面硅藻附着数量较有机硅材料减少了19-41.5%,实现了防污性能和机械强度的同步提升。使用XDLVO理论计算了硅藻与防污材料之间的范德瓦尔斯相互作用能、双电层相互作用能、极性相互作用能及各作用能随硅藻与材料间距离的变化关系。结果表明,极性相互作用是影响硅藻在材料表面附着的主要因素,相互作用能越高,防污性能越好。


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