CN116003659A - 疏水性聚合物及制备方法、含疏水性聚合物的涂层材料及用其构建疏水/超疏水表面的方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明属于材料的表面处理技术领域,具体是一种疏水性聚合物及其制备方法、包含该疏水性聚合物的涂层材料及利用该涂层材料构建疏水/超疏水表面的方法。
背景技术
生物污染是非特异性的生物物质(蛋白质、细胞、细菌以及其他微生物)吸附并聚集在材料表面形成的生物膜,导致在生物医药、食品包装及储存、污水净化处理、水产养殖以及海洋运输等领域出现的材料性能和寿命下降、效率降低和能耗增大等问题。
构建疏水/超疏水性的自清洁表面是解决生物污染问题的有效途径之一。自清洁表面是通过对表面进行粗糙度处理和(或)固定疏水性物质构建低表面能和低模量的改性层,削弱微生物等与材料表面的相互作用,施加一定强度的剪切力或机械力便可轻易去除生物污染。目前构建自清洁涂层的方法主要有表面物理涂覆和表面化学改性,但表面物理涂覆方法制备的涂层在应用过程中长期稳定性较差,利用表面化学改性方法使基材和涂层建立化学键合,可大幅提高涂层的寿命。但现有化学改性过程一般较为复杂,需要特殊的设备和反应条件,反应时间很长,制备成本很高,很难实现大面积制备和工业化应用。
中国专利申请CN102079819A公开了一种紫外光接枝制备超疏水性聚合物表面的方法,选用聚乙烯作为基材以及孔径小于20μm的微孔薄膜作为光栅,制备时,将板材放入配制好的接枝液中浸泡30min,取出后用滤纸吸干表面多余溶液,并在板材表面盖上微孔薄膜:采用高压汞灯紫外辐照装置,光强为9.2μW/cm2,辐照时间为15min;在一次接枝完成后,移动微孔薄膜光栅进行二次接枝;接枝结束后用丙酮对板材表面进行擦拭,以除去未接枝上的残留单体。与传统化学改性方法相比,反应时间大为减少,但仍存在需要多次接枝反应、反应过程复杂、时间较长等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种疏水性聚合物及其制备方法、包含该疏水性聚合物的涂层材料及利用其构建疏水/超疏水表面的方法,以解决现有疏水或超疏水表面存在的难以低成本大面积制备和寿命较短问题。
为达到上述目的,本发明的技术方案如下:
一种疏水性聚合物,所述的疏水性聚合物主链或侧链上含有光反应性基团。
当疏水性聚合物主链上含有光反应性基团时,其结构式为:
其中,R1包括苯基、长链烷基或R5包括但不限于甲基、2,2,2-三氟乙基、六氟丁基、十二氟庚基、十七氟癸基、三甲基硅甲基、3-(三氯硅甲基) 丙基、3-(三甲氧基硅甲基)丙基和3-(三乙酰氧基硅甲基)丙基中的一种或几种;
R2包括氢原子、甲基或乙基;
R3为甲基、乙基或氢原子,y为1~5;
R4包括但不限于对苯甲酰基苯基、2-羟基-4-苯甲酰基苯基、3-羟基-4-苯甲酰基苯基、2-苯甲酰基-4-氯苯基、2,3-二羟基-4-苯甲酰基苯基、2,6-二羟基-3-苯甲酰基苯基、1,2-二羟基-6苯甲酰基苯基、对(4-氯苯甲酰基)苯基、2-苯甲酰基异丙基、 1-苯基苯乙酰基和1-环己基苯乙酰基中的一种或几种;
m为聚合度,为1~200;
当疏水性聚合物侧链上含有光反应性基团时,其结构式为:
其中,R1包括苯基、长链烷基或R5包括但不限于甲基、2,2,2-三氟乙基、六氟丁基、十二氟庚基、十七氟癸基、三甲基硅甲基、3-(三氯硅甲基) 丙基、3-(三甲氧基硅甲基)丙基和3-(三乙酰氧基硅甲基)丙基中的一种或几种;
R2为氢原子、甲基或乙基;
R4为光引发剂(二苯甲酮衍生物、苯偶姻和羟基酮类化合物等)反应生成的基团,包括但不限于对苯甲酰基苯基、2-羟基-4-苯甲酰基苯基、3-羟基-4-苯甲酰基苯基、2-苯甲酰基-4-氯苯基、2,3-二羟基-4-苯甲酰基苯基、2,6-二羟基-3-苯甲酰基苯基、1,2-二羟基-6苯甲酰基苯基、对(4-氯苯甲酰基)苯基、2-苯甲酰基异丙基、 1-苯基苯乙酰基和1-环己基苯乙酰基中的一种或几种;
m为聚合度,为1~200;
z为聚合度,为1~200。
本发明还提供了该疏水性聚合物的制备方法:
当疏水性聚合物主链上含有光反应性基团时,反应式如下:
其制备方法包括以下步骤:将光引发剂加入含缚酸剂和溶剂的烧瓶中,之后在冰浴条件下将ATRP引发剂逐渐滴加至烧瓶中,滴加时间控制在0~5h,30~120℃下反应1~12h进行酯化;反应结束后,经过提纯得到了改性的光引发剂;
将上述改性的光引发剂溶于溶剂中,加入含双键的疏水单体、配体和催化剂,无水无氧条件下进行原子转移自由基聚合,在20~120℃反应1~24h,反应完成并经过提纯,得到主链上含有光反应性基团的疏水性聚合物;
所述的光引发剂包括但不限于4-羟基二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、4-氯-4’-羟基二苯甲酮、2-羟基-5-氯二苯甲酮、2,3,4-三羟基二苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(1173光引发剂)、苯偶姻、1-羟基环己基苯基甲酮(184光引发剂)、2- 羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(2959光引发剂)、1000光引发剂(20%184+80%1173)、4265光引发剂(50%TPO+50%1173)或500光引发剂(50%苯甲酮+50%184)中的一种或几种;
所述的ATRP引发剂为卤代酰卤,包括但不限于2-溴代异丁酰溴、溴乙酰溴、溴代丙酰溴、氯乙酰氯、氯甲酰氯、2-氯丙酰氯、3-氯丙酰氯、4-氯丁酰氯、2-氯丁酰氯和溴代异丁酰氯中的一种或几种;
所述酯化反应中的溶剂包括但不限于三氟乙醇、甲醇、乙醇、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基亚砜和丙酮等中的一种或几种;
所述的缚酸剂包括但不限于三乙胺、吡啶、氢氧化钾和氢氧化钠中的一种或几种;
所述的原子转移自由基聚合包括但不限于原子转移自由基聚合(ATRP)、反向原子转移自由基聚合、电子转移再生催化剂原子转移自由基聚合(ARGET ATRP) 和引发剂连续再生催化剂原子转移自由基聚合(ICAR ATRP);
所述的疏水单体包括但不限于苯乙烯、甲基丙烯酸(甲-十八烷)基酯、甲基(或乙基)丙烯酸三甲基硅烷、甲基(或乙基)丙烯酸三氟乙酯、甲基(或乙基)丙烯酸六氟丁酯、甲基(或乙基)丙烯酸十二氟庚酯、2-(全氟辛基)乙基甲基(或乙基) 丙烯酸酯、甲基(或乙基)丙烯酸丙基三氯硅烷、3-(甲基(或乙基)丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和甲基(或乙基)丙烯酸丙氧基三乙酰氧基硅烷中的一种或几种;
所述的配体包括但不限于2’,2-联吡啶(Bpy)、N,N,N,N’,N’-五甲基三乙胺(PMDETA)、4-二甲基氨基吡啶(DMAP)和1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺 (HMTETA)等中的一种或几种;
所述的原子转移自由基反应溶剂包括但不限于三氟乙醇、甲醇、乙醇、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基亚砜、水等中的一种或几种。
当疏水性聚合物侧链上含有光反应性基团时,反应式如下:
其制备方法包括以下步骤:将光引发剂加入含缚酸剂和溶剂的烧瓶中,之后在冰浴条件下将丙烯酰卤或其衍生物逐渐滴加至烧瓶中,滴加时间控制在0~5h, 30~120℃下反应1~12h进行酯化;反应结束并经过提纯,得到含有双键的光引发剂;
利用自由基聚合反应制备侧链上含有光反应性基团的疏水聚合物:将上述得到的含有双键的光引发剂与含双键的疏水单体溶解在溶剂中,再加入自由基引发剂,抽真空充氮气三次,密封并升温至40~150℃反应1~24h,反应结束经过提纯,得到侧链上含有光反应性基团的疏水性聚合物。
所述的光引发剂包括但不限于(包括4-羟基二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、 4-氯-4’-羟基二苯甲酮、2-羟基-5-氯二苯甲酮、2,3,4-三羟基二苯甲酮等)、2-羟基-2- 甲基-1-苯基-1-丙酮(1173光引发剂)、苯偶姻、1-羟基环己基苯基甲酮(184光引发剂)和2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(2959光引发剂)中的一种或几种。
所述的酯化反应中的酰化试剂包括但不限于丙烯酰氯、丙烯酰溴、甲基丙烯酰氯和2-乙基丙烯酰氯。
所述的酯化反应中的溶剂包括但不限于三氟乙醇、甲醇、乙醇、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基亚砜等中的一种或几种;
所述的缚酸剂包括但不限于三乙胺、吡啶、氢氧化钾或氢氧化钠中的一种或几种;
所述的疏水单体包括但不限于苯乙烯、甲基丙烯酸(甲-十八烷)基酯、甲基(或乙基)丙烯酸三甲基硅烷、甲基(或乙基)丙烯酸三氟乙酯、甲基(或乙基)丙烯酸六氟丁酯、甲基(或乙基)丙烯酸十二氟庚酯、2-(全氟辛基)乙基甲基(或乙基) 丙烯酸酯、甲基(或乙基)丙烯酸丙基三氯硅烷、3-(甲基(或乙基)丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和甲基(或乙基)丙烯酸丙氧基三乙酰氧基硅烷中的一种或几种;
所述的自由基引发剂包括但不限于偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯和过氧化甲乙酮中的一种或几种;
所述的自由基聚合反应中的溶剂包括但不限于三氟乙醇、甲醇、乙醇、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、环己酮、二甲基亚砜、水等中的一种或几种。
本发明进一步提供了一种包含有该疏水性聚合物的涂层材料和利用该涂层材料构建疏水/超疏水表面的方法,包括以下步骤:
所述的包含有该疏水性聚合物的涂层材料中,其组成按质量百分比计,疏水性聚合物0.1~50%、助剂(流平剂0.1~5%、分散剂0~10%、消泡剂0.1~5%、增稠剂0.1~5%、乳化剂0~10%和微纳米粒子0~30%),其余为溶剂;
所述含疏水性聚合物的涂层材料采用以下方法制备:
将疏水性聚合物溶解至溶剂中,再加入助剂,配制成涂层材料;
或将疏水性聚合物溶解至溶剂中得到溶液A,同时在去离子水中加入乳化剂得到溶液B,再将溶液A滴加至溶液B中,加入助剂配制成涂层材料。
所述助剂包括流平剂、分散剂、消泡剂、增稠剂和微纳米粒子等。
所述的涂层材料中,所有组分可以溶解在溶剂中,也可以以乳液或悬浮液等分散在溶剂中;
所述的流平剂包括但不限于丙烯酸树脂、聚二甲基硅氧烷和硅油等中的一种或几种;
所述的分散剂包括但不限于EFKA-4800、EFKA-7732、BYK-U100、BYK-110、 BYK-160、KYC-920和904S中的一种或多种;
所述的消泡剂包括但不限于JZ-177、B-001、FM-3110、B-365和SMXP-P1中的一种或多种;
所述的增稠剂包括但不限于PTE、PFL和海藻酸钠中的一种或多种;
所述的乳化剂包括但不限于OP-10、SR-10、305和AEO-7中的一种或多种;
所述的微纳米粒子材料包括但不限于纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米氧化锌和纳米二氧化钛、稀土纳米粒子等中的一种或几种,上述助剂(流平剂、分散剂、消泡剂、增稠剂和微纳米粒子)以及乳化剂均可商业购买得到;
所述的用于溶解聚合物的溶剂包括但不限于水、甲醇、乙醇、丙酮、二甲基亚砜、乙酸、乙酸乙酯、四氢呋喃、三氟乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯等中的一种或几种;
所述的利用该涂层材料构建疏水/超疏水表面的方法,包含如下步骤:
将基材清洗并预处理后,将含有该疏水性聚合物的涂层材料涂覆在基材表面,涂层干燥或固化后,利用紫外光照射一定时间;
所述的基材可以是塑料、橡胶、纤维等高分子材料,也可以是陶瓷、玻璃、硅片、金属等表面含氢的材料,所述的高分子材料包括但不限于聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺等中的一种或多种;
所述的基材的清洗方法为在乙醇中浸泡并清洗,或依次在丙酮、乙醇和水中超声清洗30min;
所述的预处理方法包括但不限于刻蚀、臭氧处理、紫外辐照、电晕处理、等离子体处理、辉光放电和高能粒子辐照中的一种或多种;
所述的涂层材料涂覆方法包括但不限喷涂,浸渍、刮涂、表面印刷等方法中的一种或几种;
所述的涂层材料干燥或固化方法包括但不限于溶剂挥发,在氮气氛围下进行吹干或热风烘干等方法;
所述的紫外辐照光源包括但不限于高压汞灯、紫外光固化装置、紫外光固化机和UV LED面光源;
所述的紫外辐照时间为0~20min,紫外光的强度为0~100mW/cm2。
本发明更进一步提供了疏水改性制品,所述的疏水改性制品采用上述构建疏水表面的方法对制品进行表面改性处理;
所述的疏水改性制品可用于防止蛋白质、细菌、细胞黏附的领域,可以增强防污效果,如用于微藻培养的光生物反应器表面,提高光生物反应器的抗污性能,还可用于生物传感器、海洋防污和水产养殖装备如网箱等;
所述的疏水改性制品在防尘、防雾和防结冰领域中也可应用,如透明农膜、防尘玻璃和防覆冰金属等;
与现有的疏水/超疏水表面的制备方法相比,本发明提供的疏水/超疏水表面的制备方法具有以下优势:
与传统物理涂覆方法相比,本发明提供的制备方法仅需增加紫外光照,即可实现涂层材料与基材的化学键合,大幅提高疏水/超疏水改性表面的寿命;
与传统表面接枝方法相比,本发明提供的制备方法,反应快速,常温条件下仅需0-10min即可完成。
本发明提供的疏水材料及疏水表面的制备方法可以用于大面积基材的表面改性,有望同时解决现有疏水/超疏水表面制备方法存在的难以大面积制备且长期使用寿命不佳问题。
附图说明
图1为实施例1所述的疏水性聚合物的制备流程图;
图2为实施例1所述的疏水性聚合物的红外谱图;
图3为实施例1所述的疏水性聚合物的核磁氢谱图;
图4为实施例1所述的疏水改性表面的扫描电镜图;
图5为实施例1所述的疏水改性表面的原子力显微镜图;
图6为实施例1所述的疏水改性表面的防污性能和自清洁性能;
图7为实施例4所述的疏水性聚合物的制备流程图;
图8为实施例4所述的疏水性聚合物的红外谱图;
图9为实施例4所述的疏水性聚合物的核磁氢谱图;
图10为实施例1(10a)、实施例2(10b)、实施例3(10c)所述的疏水改性表面的接触角图。
具体实施方式
下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示,一种疏水性聚合物的制备方法,包括以下步骤:
1、将0.01mol的4-羟基二苯甲酮加入含0.02mol三乙胺的四氢呋喃溶液中搅拌溶解后,将体系用冰浴保持在0℃左右,之后将0.05molα-溴异丁酰溴缓慢滴加至其中,滴加时间保持在1~2h之间,之后升温至50℃~90℃进行酯化反应,反应8h 后纯化制备出棕色粉末,得到改性的光引发剂,附图2为其红外谱图。
2、将1mmol改性的光引发剂、40mmol疏水单体甲基丙烯酸三氟乙酯TFEMA、0.02mmol溴化铜和2mmol的2’,2-联吡啶(Bpy)加入至二甲基亚砜中,抽真空通氮气三次后,在氮气氛围下加入1mmol溴化亚铜,再次抽真空通氮气三次后,密封后升至50℃~100℃进行反应8h后,纯化制备出浅棕色粉末,得到主链上含有光反应性基团的疏水性聚合物,附图2和附图3为其红外谱图和核磁谱图。
3、将上述的疏水性聚合物溶解至甲醇中,加入JZ-177有机硅消泡剂、增稠剂 PTE、EFKA-4800分散剂和丙烯酸酯流平剂,混合后得到涂层材料,将EVA薄膜清洗干净后,电晕处理30s,将涂层材料涂覆在EVA膜表面晾干后,在紫外灯下(波长为275nm)照射1~5min,之后在甲醇溶液中浸泡1h除去未接枝的聚合物,之后晾干进行保存。未改性EVA(4a)和改性后EVA膜(4b)表面的扫描电镜图片如附图4所示;未改性EVA(5a、5c)和改性后EVA膜(5b、5d)表面原子力显微镜图片如附图5所示;未改性的EVA膜的接触角如图10a所示,疏水改性后的EVA 膜接触角可达103±4°。
4、测试改性前后EVA膜的防污性能和自清洁性能,浸泡在小球藻培养体系中 14天后,EVA膜表面附着的藻细胞数量为169.3×104cells/cm2,改性EVA膜的藻细胞附着数量比EVA少20.1%。用高压水枪清洗附着藻细胞的所有膜片后,改性膜表面的小球藻数量降低50.9%,而EVA膜表面的数量仅降低26.2%,见附图6(膜 EVA-PTFEMA)。
实施例2
其他步骤同实施例1,所不同的是涂层材料中,疏水性聚合物及其它助剂是以乳液形式分散在水中,其制备过程如下:
1、将上述的主链上含光反应基团的疏水性聚合物溶解至甲醇中,配制成 30mg/ml的溶液后,向20ml的去离子水中加入0.5wt%的OP-10乳化剂,之后用注射器将约5ml疏水聚合物溶液缓慢滴加至高速搅拌的含乳化剂的去离子水中,加入与实施例1中相同的助剂配制成乳液,用动态光散射粒度仪确定其直径后。
2、利用其制得的疏水改性膜表面接触角可达105±5°,如附图10b。
3、测试改性前后EVA膜的防污性能和自清洁性能,浸泡在小球藻培养体系中 14天后,EVA膜表面附着的藻细胞数量为169.3×104cells/cm2,改性EVA膜的藻细胞附着数量比EVA少29.1%。用高压水枪清洗附着藻细胞的所有膜片后,改性膜表面的小球藻数量降低68.9%,而EVA膜表面的数量仅降低26.2%,见附图6(膜 EVA-PTFEMA-R)。
实施例3
其他步骤同实施例1,所不同的是涂层材料中包含有5%的纳米SiO2,其制备过程如下:
1、将上述的主链上含光反应性基团的疏水性聚合物溶解至甲醇中,加入与实施例1中相同的助剂混合成溶液后,在高速搅拌状态下加入5%的纳米SiO2,配制成乳液。
2、利用其改性可得到超疏水改性膜接触角可达153±3°,如附图10c。
3、测试改性前后EVA膜的防污性能和自清洁性能,浸泡在小球藻培养体系中 14天后,EVA膜表面附着的藻细胞数量为169.3×104cells/cm2,改性EVA膜的藻细胞附着数量比EVA少80.1%。用高压水枪清洗附着藻细胞的所有膜片后,改性膜表面的小球藻数量降低74.9%,而EVA膜表面的数量仅降低26.2%,见附图6(膜 EVA-PTFEMA-N)。
实施例4
如图7所示,一种疏水性聚合物的制备方法,所述的疏水性聚合物为侧链上包含有光反应性基团,其制备过程如下:
1、将0.02mol的2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮加入至含0.02mol三乙胺的四氢呋喃溶液中,搅拌溶解后,将体系用冰浴保持在0℃左右,将0.04mol的丙烯酰氯缓慢滴加至其中,滴加时间为1~2h之间,之后升温至60℃~90℃反应8h,纯化后得到橙黄粉末,得到含双键的光引发剂,附图8为其红外谱图。
2、将5mmol的含双键的光引发剂、45mmol的疏水单体2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯和AIBN加入到二甲基亚砜中,抽真空通氮气三次后密闭体系,升温至60℃反应20h后,纯化后得到侧链上含光反应性基团的疏水性聚合物,附图8和附图9 为其红外谱图和核磁谱图。
3、利用其对基材进行改性,得到疏水改性膜,其接触角可达102±4°。
4、测试改性前后EVA膜的防污性能和自清洁性能,浸泡在小球藻培养体系中 14天后,EVA膜表面附着的藻细胞数量为169.3×104cells/cm2,改性EVA膜的藻细胞附着数量比EVA少25.5%。用高压水枪清洗附着藻细胞的所有膜片后,改性膜表面的小球藻数量降低59.3%,而EVA膜表面的数量仅降低26.2%。
实施例5
其他步骤同实施例4,所不同的是涂层材料中,疏水性聚合物及其它助剂是以乳液形式分散在水中,其制备过程如下:
1、将上述的侧链上含光反应基团的疏水性聚合物溶解至甲醇中,配制成 20mg/ml的溶液后,向20ml的去离子水中加入0.5wt%的OP-10乳化剂,之后用注射器将约5ml疏水聚合物溶液缓慢滴加至高速搅拌的含乳化剂的去离子水中,加入与实施例1中相同的助剂配制成乳液,用动态光散射粒度仪确定其直径后。
2、利用其制得的疏水改性膜表面接触角可达110±5°。
3、测试改性前后EVA膜的防污性能和自清洁性能,浸泡在小球藻培养体系中 14天后,EVA膜表面附着的藻细胞数量为169.3×104cells/cm2,改性EVA膜的藻细胞附着数量比EVA少40.1%。用高压水枪清洗附着藻细胞的所有膜片后,改性膜表面的小球藻数量降低71.9%,而EVA膜表面的数量仅降低26.2%。
实施例6
其他步骤同实施例4,所不同的是涂层材料中包含有10%的纳米SiO2,其制备过程如下:
1、将侧链上含光反应性基团的疏水性聚合物溶解至甲醇中,加入与实施例1 中相同的助剂混合成溶液后,在高速搅拌状态下加入10%的纳米SiO2,配制成乳液。
2、利用其改性可得到超疏水改性膜接触角可达156±3°。
3、测试改性前后EVA膜的防污性能和自清洁性能,浸泡在小球藻培养体系中 14天后,EVA膜表面附着的藻细胞数量为169.3×104cells/cm2,改性EVA膜的藻细胞附着数量比EVA少56.1%。用高压水枪清洗附着藻细胞的所有膜片后,改性膜表面的小球藻数量降低83.9%,而EVA膜表面的数量仅降低26.2%。
实施例7
1、将0.01mol的2-羟基-5-氯二苯甲酮加入含0.02mol吡啶的二氯甲烷溶液中搅拌溶解后,将体系用冰浴保持在0℃左右,之后将0.05mol氯乙酰氯缓慢滴加至其中,滴加时间保持在1~2h之间,之后升温至60℃~90℃进行酯化反应,反应8h后纯化制备出淡黄色粉末,即为改性的光引发剂。
2、将1mmol改性的光引发剂、40mmol疏水单体甲基丙烯酸十二氟庚酯、 0.02mmol溴化铜和2mmol的2’,2-联吡啶(Bpy)加入至二甲基亚砜中,抽真空通氮气三次后,在氮气氛围下加入1mmol溴化亚铜,再次抽真空通氮气三次后,密封后升至60℃~90℃之间进行反应8h后,纯化制备出浅棕色粉末,即为主链上含有光反应性基团的疏水性聚合物。
3、将上述的疏水性聚合物溶解至甲醇中,加入JZ-177有机硅消泡剂、PTE增稠剂PTE、EFKA-4800分散剂和丙烯酸酯流平剂配制成溶液后,将EVA薄膜清洗干净后,电晕处理30s,将涂层材料涂覆在EVA膜表面晾干后,在紫外灯下(波长为275nm)照射1~5min,之后在甲醇溶液中浸泡1h除去未接枝的聚合物,之后晾干进行保存。得到的疏水改性膜的接触角可达109±4°。
4、测试改性前后EVA膜的防污性能和自清洁性能,浸泡在小球藻培养体系中 14天后,EVA膜表面附着的藻细胞数量为169.3×104cells/cm2,改性EVA膜的藻细胞附着数量比EVA少30.1%。用高压水枪清洗附着藻细胞的所有膜片后,改性膜表面的小球藻数量降低56.9%,而EVA膜表面的数量仅降低26.2%。
实施例8
1、将0.01mol的苯偶姻加入含0.02mol吡啶的甲醇溶液中搅拌溶解后,将体系用冰浴保持在0℃左右,之后将0.05mol 2-氯丙酰氯缓慢滴加至其中,滴加时间保持在1~2h之间,之后升温至60℃~90℃进行酯化反应,反应8h后纯化制备出粉末,即为改性的光引发剂。
2、将1mmol改性的光引发剂、60mmol疏水单体苯乙烯、0.02mmol溴化铜和 2mmol的2’,2-联吡啶(Bpy)加入至甲醇中,抽真空通氮气三次后,在氮气氛围下加入1mmol溴化亚铜,再次抽真空通氮气三次后,密封后升至60℃~90℃之间进行反应12h后,纯化制备出浅棕色粉末,即为主链上含有光反应性基团的疏水性聚合物。
3、将上述的疏水性聚合物溶解至甲醇中,加入JZ-177有机硅消泡剂、PTE增稠剂PTE、EFKA-4800分散剂和丙烯酸酯流平剂配制成溶液后,将EVA薄膜清洗干净后,电晕处理30s,将涂层材料涂覆在PE膜表面晾干后,在紫外灯下(波长为 275nm)照射1~5min,之后在甲醇溶液中浸泡1h除去未接枝的聚合物,之后晾干进行保存。得到的疏水改性膜的接触角可达104±4°。
4、测试改性前后EVA膜的防污性能和自清洁性能,浸泡在小球藻培养体系中 14天后,EVA膜表面附着的藻细胞数量为169.3×104cells/cm2,改性EVA膜的藻细胞附着数量比EVA少40.1%。用高压水枪清洗附着藻细胞的所有膜片后,改性膜表面的小球藻数量降低39.9%,而EVA膜表面的数量仅降低26.2%。
实施例9
1、将0.01mol的2,4-二羟基二苯甲酮加入含0.02mol三乙胺的四氢呋喃溶液中搅拌溶解后,将体系用冰浴保持在0℃左右,之后将0.03mol甲基丙烯酰氯缓慢滴加至其中,滴加时间保持在1~2h之间,之后升温至60℃~90℃进行酯化反应,反应8h后纯化制备出粉末,即为改性的光引发剂。
2、将1mmol改性的光引发剂、60mmol疏水单体甲基丙烯酸六氟丁酯、0.02mmol 溴化铜和2mmol的2’,2-联吡啶(Bpy)加入至甲醇中,抽真空通氮气三次后,在氮气氛围下加入1mmol溴化亚铜,再次抽真空通氮气三次后,密封后升至60℃~90℃之间进行反应12h后,纯化制备出粉末,即为侧链上含有光反应性基团的疏水性聚合物。
3、将上述的疏水性聚合物溶解至甲醇中,加入JZ-177有机硅消泡剂、增稠剂 PTE、EFKA-4800分散剂和丙烯酸酯流平剂配制成溶液后,在高速搅拌状态下加入5%的纳米SiO2,配制成乳液。将EVA薄膜清洗干净后,电晕处理30s,将涂层材料涂覆在PE膜表面晾干后,在紫外灯下(波长为275nm)照射1~5min,之后在甲醇溶液中浸泡1h除去未接枝的聚合物,之后晾干进行保存。得到的疏水改性膜的接触角可达110±2°。
4、测试改性前后EVA膜的防污性能和自清洁性能,浸泡在小球藻培养体系中 14天后,EVA膜表面附着的藻细胞数量为169.3×104cells/cm2,改性EVA膜的藻细胞附着数量比EVA少35.1%。用高压水枪清洗附着藻细胞的所有膜片后,改性膜表面的小球藻数量降低60.9%,而EVA膜表面的数量仅降低26.2%。
其余涂层材料制备方法同上述实施例所述,主要原料与改性膜的性能如附表1:
表1本发明所涉及的实施例中未详细描述制备过程的疏水性聚合物
a改性EVA膜的藻细胞附着数量与EVA膜相比减少的百分比b清洗后,改性膜表面的小球藻数量减少百分比。
本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法,在此不一一列举实施例。
本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应该理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种疏水性聚合物,其特征在于,所述的疏水性聚合物主链或者侧链上含有光反应性基团:
当疏水性聚合物主链上含有光反应性基团时,具有如下通式I:
其中,R1包括苯基、长链烷基或R5包括但不限于甲基、2,2,2-三氟乙基、六氟丁基、十二氟庚基、十七氟癸基、三甲基硅甲基、3-(三氯硅甲基)丙基、3-(三甲氧基硅甲基)丙基和3-(三乙酰氧基硅甲基)丙基中的一种或几种;
R2包括氢原子、甲基或乙基;
R3为甲基、乙基或氢原子,y为1~5;
R4包括但不限于对苯甲酰基苯基、2-羟基-4-苯甲酰基苯基、3-羟基-4-苯甲酰基苯基、2-苯甲酰基-4-氯苯基、2,3-二羟基-4-苯甲酰基苯基、2,6-二羟基-3-苯甲酰基苯基、1,2-二羟基-6苯甲酰基苯基、对(4-氯苯甲酰基)苯基、2-苯甲酰基异丙基、1-苯基苯乙酰基和1-环己基苯乙酰基中的一种或几种;
m为聚合度,为1~200;
当疏水性聚合物侧链上含有光反应性基团时,其具有如下通式II:
其中,R1包括苯基、长链烷基或R5包括但不限于甲基、2,2,2-三氟乙基、六氟丁基、十二氟庚基、十七氟癸基、三甲基硅甲基、3-(三氯硅甲基)丙基、3-(三甲氧基硅甲基)丙基和3-(三乙酰氧基硅甲基)丙基中的一种或几种;
R2为氢原子、甲基或乙基;
R4包括但不限于对苯甲酰基苯基、2-羟基-4-苯甲酰基苯基、3-羟基-4-苯甲酰基苯基、2-苯甲酰基-4-氯苯基、2,3-二羟基-4-苯甲酰基苯基、2,6-二羟基-3-苯甲酰基苯基、1,2-二羟基-6苯甲酰基苯基、对(4-氯苯甲酰基)苯基、2-苯甲酰基异丙基、1-苯基苯乙酰基和1-环己基苯乙酰基中的一种或几种;
m为聚合度,为1~200;
z为聚合度,为1~200。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,当疏水性聚合物主链上含有光反应性基团时,
含羟基的光引发剂包括但不限于4-羟基二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、4-氯-4’-羟基二苯甲酮、2-羟基-5-氯二苯甲酮、2,3,4-三羟基二苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、苯偶姻、1-羟基环己基苯基甲酮和2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮中的一种或几种;
含双键的疏水单体包括但不限于苯乙烯、甲基丙烯酸(甲-十八烷)基酯、甲基丙烯酸三甲基硅烷、乙基丙烯酸三甲基硅烷、甲基丙烯酸三氟乙酯、乙基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、乙基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、乙基丙烯酸十二氟庚酯、2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯、2-(全氟辛基)乙基乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸丙基三氯硅烷、乙基丙烯酸丙基三氯硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(乙基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸丙氧基三乙酰氧基硅烷和乙基丙烯酸丙氧基三乙酰氧基硅烷中的一种或几种;
酯化反应中,反应介质包括缚酸剂和溶剂的混合物,缚酸剂包括但不限于三乙胺、吡啶、氢氧化钾或氢氧化钠中的一种或几种,溶剂包括但不限于三氟乙醇、甲醇、乙醇、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基亚砜和丙酮中的一种或几种;
原子转移自由基聚合反应中,配体包括但不限于2’,2-联吡啶、N,N,N,N’,N’-五甲基三乙胺、4-二甲基氨基吡啶或1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺;溶剂包括但不限于三氟乙醇、甲醇、乙醇、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、二甲基亚砜和水中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,当疏水性聚合物的侧链上含有紫外光反应性基团时,
含羟基的光引发剂包括但不限于4-羟基二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、4-氯-4’-羟基二苯甲酮、2-羟基-5-氯二苯甲酮、2,3,4-三羟基二苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、苯偶姻、1-羟基环己基苯基甲酮和2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮中的一种或几种;
含双键的疏水单体包括但不限于苯乙烯、甲基丙烯酸(甲-十八烷)基酯、甲基丙烯酸三甲基硅烷、乙基丙烯酸三甲基硅烷、甲基丙烯酸三氟乙酯、乙基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、乙基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、乙基丙烯酸十二氟庚酯、2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯、2-(全氟辛基)乙基乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸丙基三氯硅烷、乙基丙烯酸丙基三氯硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(乙基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸丙氧基三乙酰氧基硅烷和乙基丙烯酸丙氧基三乙酰氧基硅烷中的一种或几种;
酯化反应中,反应介质包括缚酸剂和溶剂的混合物,缚酸剂包括但不限于三乙胺、吡啶、氢氧化钾和氢氧化钠中的一种或几种,溶剂包括但不限于三氟乙醇、甲醇、乙醇、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷和二甲基亚砜中的一种或几种;
自由基聚合反应中,引发剂包括但不限于偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化氢、过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯和过氧化甲乙酮中的一种或多种,溶剂包括但不限于三氟乙醇、甲醇、乙醇、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、环己酮、二甲基亚砜和水中的一种或几种。
5.一种涂层材料,其特征在于,其组成按质量百分比计包括:权利要求1所述疏水性聚合物0.1~50%、流平剂0.1~5%、分散剂0~10%、消泡剂0.1~5%、增稠剂0.1~5%、乳化剂0~10%,微纳米粒子0~30%,其余为溶剂。
6.一种利用权利要求5所述涂层材料构建疏水/超疏水表面的方法,所述方法包括以下步骤:
将基材清洗并预处理后,将涂层材料涂覆在基材表面,涂层干燥或固化后,利用紫外光照射一定时间。
7.根据权利要求6所述的构建疏水/超疏水表面的方法,其特征在于,所述涂层材料采用以下方法制备:
将疏水性聚合物溶解至溶剂中,再加入助剂,配制成涂层材料;
或,
将疏水性聚合物溶解至溶剂中得到溶液A,同时在去离子水中加入乳化剂得到溶液B,再将溶液A滴加至溶液B中,加入助剂配制成涂层材料。
8.根据权利要求6所述的构建疏水/超疏水表面的方法,其特征在于,紫外光辐照接枝反应的过程中,紫外辐照时间为0~20min,紫外光的强度为0~100mW/cm2。
9.一种制品,所述制品采用权利要求6-8任一项所述构建疏水/超疏水表面的方法对制品进行表面改性处理。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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