具有微相分離結(jié)構(gòu)防污涂層的設(shè)計(jì)、制備及性能研究.pdf

1、由于海洋生物污損能夠帶來的巨大損失,防污涂層的研究一直是人們研究的熱點(diǎn)。尤其是隨著人們環(huán)保意識的提高,以及對海洋生物污損過程的深入了解,對于新型仿生防污涂層要求越來越多,進(jìn)而開發(fā)了具有微相分離結(jié)構(gòu)的仿生防污涂層。研究表明,具有微相分離結(jié)構(gòu)的表面可以防止蛋白吸附,進(jìn)而可以用來進(jìn)行海洋生物防污。由于具有微相分離結(jié)構(gòu)的共聚物體系較少,這種防污涂層尚處于研究階段,對防污涂層制備技術(shù)和防污機(jī)理研究也不足。本文的基本思想是選用幾種常見并且比較廉價(jià)的

2、聚合物為鏈段模型,設(shè)計(jì)出不同體系的共聚物,并采用模擬方法預(yù)測各種共聚物涂層的微相分離結(jié)構(gòu);同時(shí),利用化學(xué)方法合成所設(shè)計(jì)的共聚物,并對其進(jìn)行微相分離結(jié)構(gòu)以及防污性能研究。
　　首先,本文選用幾種常見廉價(jià)并且對海洋環(huán)境沒有污染的共聚物為鏈段,分別設(shè)計(jì)了PDMS/PS嵌段共聚物、PMMA/PS隨機(jī)共聚物及PMMA/PEG接枝共聚物,并利用耗散粒子動(dòng)力學(xué)方法,對不同成分含量的三種共聚物分別進(jìn)行了涂層表面微相分離結(jié)構(gòu)的預(yù)測。對PDMS含量分

3、別為10％、20%~90%的PDMS/PS嵌段共聚物涂層,PMMA含量分別為10%、20%~90%的PMMA/PS隨機(jī)共聚物涂層,以及PMMA含量分別為10%、20%~50%的PMMA/PEG接枝共聚物涂層的微相分離結(jié)構(gòu)預(yù)測結(jié)果均表明,隨著共聚物中某一成分含量的增加,共聚物涂層的微相分離結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)從這一成分的顆粒狀,到島狀,到雙連續(xù)狀,再到另一成分的島狀,顆粒狀的變化規(guī)律。
　　其次,根據(jù)所預(yù)測的涂層表面的微相分離結(jié)構(gòu),經(jīng)過多次試驗(yàn)

4、,制定了合理的化學(xué)合成工藝,并選用合適的原料成功地合成了PDMS含量分別為32%、41%和50%的PDMS/PS嵌段共聚物,PMMA含量分別為19%、62%、69%和84%的PMMA/PS隨機(jī)共聚物,以及PEG含量分別為8%、10%和12%的PMMA/PEG接枝共聚物,并利用FT-IR、1H-NMR、UV和DSC等方法對所合成的共聚物進(jìn)行了表征。同時(shí)利用旋轉(zhuǎn)涂膜方法對各共聚物表面進(jìn)行成膜,并利用輕敲模式AFM方法觀察了涂層表面的形貌。結(jié)

5、果表明,三種共聚物涂層表面的微相分離結(jié)構(gòu)均與所預(yù)測的表面結(jié)構(gòu)一致,均是以相對親水的相為凸起的分散相,相對疏水的相為連續(xù)相形式分布,并且隨著共聚物中相對親水成分含量的增加,凸起的相區(qū)的尺寸有所增加。
　　再次,對于所制備的共聚物涂層分別進(jìn)行了潤濕性和防污性能的研究。PDMS/PS、PMMA/PS及PMMA/PEG三種共聚物涂層的接觸角測量的結(jié)果表明,共聚物涂層的潤濕性主要取決于涂層的組成;其中PDMS/PS涂層的疏水性最強(qiáng),PMMA

6、/PS涂層次之,而PMMA/PEG具有親水性;并且在每種共聚物涂層中,疏水性均隨著疏水性強(qiáng)的鏈段的增加而增加。通過牛血清蛋白吸附試驗(yàn)及小新月菱形藻吸附試驗(yàn),對PDMS/PS、PMMA/PS及PMMA/PEG三種共聚物涂層的防污性能的研究。結(jié)果表明,盡管三種共聚物涂層具有不同的表面疏水性及微相分離尺寸,但三種共聚物涂層均具有良好的防蛋白和藻類吸附的性能,并且防污性能相當(dāng)。研究結(jié)果說明了三種涂層的防污性能不僅與涂層的親疏水性有關(guān),而且很大程