[发明专利]一种可降解海洋防污聚氨酯杂化材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于海洋防污材料技术领域，涉及一种可降解聚氨酯杂化材料的制备及其应用。

背景技术

石墨烯(G)是一种新型二维碳质纳米材料，在材料、化学、物理、电子等领域显示了广阔的应用前景。尤其是其极高的机械强度和抗菌功能以及丰富的来源，使其成为一种理想的填料。通过在基体材料中填充石墨烯可以提高基体材料的强度，还可以赋予基体材料一定功能。有研究表明石墨烯具有优异的抗菌功能，如Francois Perreault等采用聚酰胺薄膜与氧化石墨烯的共价结合制备的功能化聚酰胺/氧化石墨烯复合膜，抗菌性能检测显示此种复合材料具有优异的抗菌活性。(Francois Perreault,Marissa E.Tousley,Menachem Elimelech.Thin-film composite polyamide membranes functionalized with biocidal graphene oxide nanosheets.Environmental Science and Technology Letters,2014,1(1),71-76.)因此，在可降解聚氨酯杂化材料中填充入一定量的石墨烯能提高材料的强度和抗菌性。

聚氨酯材料以其优异的机械性能和分子设计自由度大、性能可调控等特点，广泛的应用于各个领域。对聚氨酯进行改性可使其具有可降解功能，这种改性一般可分为物理改性和化学改性。物理改性是利用物理共混的方式将可降解的材料引入聚氨酯中；化学改性是通过在聚氨酯分子结构中引入具有生物可降解性的改性组分使其具有生物降解性。Kaibin Li等利用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚己内酯(PCL)和二羟甲基丁酸为主体材料制备的基于蓖麻油(CO)/季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)的紫外固化水性聚氨酯甲基丙烯酸酯(UV-WPUA)，结构和性能表征表明，聚氨酯软段抗水性、玻璃化转变温度和热学性能有所提高。(Kaibin Li,Yiding Shen,Guiqiang Fei,Haihua Wang,Jingyi Li.Preparation and properties of castor oil/pentaerythritol triacrylate-based UV curable waterborne polyurethane acrylate.Progress in Organic Coatings,2015,78,146–154.)聚乳酸因具有生物相容性和可降解性，可应用于各种领域，如热塑性塑料、薄膜及纤维。通过嵌段、接枝、共聚等方法对其进行改性可以形成一种可再生、可降解的环境友好型复合材料。如Young H.Lim等人利用炔基化磷杂环戊烷和L-丙交酯的一步法连续开环聚合反应制备的聚磷酸酯嵌段聚乳酸材料具有完全可降解性和生物相容性。(Young H.Lim,Gyu Seong Heo,Sangho Cho,Karen L.Wooley.Construction of a reactive diblock copolymer,polyphosphoesterblock-poly(L-lactide),as a versatile framework for functional materials that are capable of full degradation and nanoscopic assembly formation.ACS Macro Lett.2013,2,785-789.)常见生物降解聚氨酯材料有聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)等，但目前大多数存在结晶高、水解速度慢、对基体的粘附力差等问题，它们直接用于海洋防污材料受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种可降解海洋防污聚氨酯杂化材料的制备方法及其应用。该方法以辛酸亚锡为催化剂，采用双羟基功能化石墨烯为引发剂引发L-丙交酯通过开环聚合制备石墨烯接枝聚丙交酯(G-g-PLLA)；将1,4-丁二醇与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯通过缩聚反应得到末端含异氰酸酯官能团的聚氨酯预聚物(PU)；利用石墨烯接枝聚乳酸端羟基与聚氨酯预聚物末端异氰酸酯官能团之间的化学反应制备出可降解海洋防污聚氨酯杂化材料(G-f-PLLA-b-PU)。

本发明采用的技术方案为：

一种可降解海洋防污聚氨酯杂化材料的制备方法，包括如下步骤：