[发明专利]一种生物降解型高分子海洋防污材料及其制备与应用

说明书

本发明属于海洋防污材料的技术领域，公开了一种生物降解型高分子海洋防污材料及其制备与应用。方法为：(1)聚氨酯的制备：将可控降解多元醇进行脱水处理，得到脱水产物；在惰性气体和搅拌的条件下，向脱水产物中加入溶剂和二异氰酸酯进行反应，再加入扩链剂和催化剂，继续反应，得到含有主链降解型聚氨酯的溶液；(2)向溶液中加入金属化合物、水解性单体和溶剂，于80～140℃反应，得到生物降解型高分子海洋防污材料。本发明的材料具有良好的表面自更新性能和力学性能，在静态或低航速条件下可保持较高的自更新速率；该材料是一种绿色环保的防污材料，用于制备海洋防污涂层。本发明的方法简单，成本较低，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于海洋防污材料的技术领域，具体涉及一种生物降解的聚氨酯海洋防污材料及其制备方法与应用。

背景技术

海洋生物污损，即海洋微生物、植物、动物在浸没于海水的设施表面附着繁殖而成的生物垢，给航海事业和海洋资源的勘探、开发、利用等造成巨大的危害。例如在船舶上附着的海生物会增加船体重量和粗糙度，造成燃料消耗和二氧化碳排放量大大增加，对军舰而言严重影响其机动性和隐身功能；在海产养殖的网箱上附着繁殖的海生物堵塞网孔，降低氧气和营养物质的交换效率。解决此问题最经济有效的方法是涂装海洋防污涂料。随着海洋环保法规的日趋完善，曾被广泛应用的有机锡自抛光防污材料因其长期的生物毒性已被禁用，目前已被无锡自抛光防污材料取代。

与含锡涂料相比，无锡自抛光涂料毒性小，主要包括丙烯酸铜聚合物，丙烯酸锌聚合物和丙烯酸硅烷酯聚合物基自抛光涂料。但是这类材料对航速有一定依赖性，在静态条件下因水流冲刷作用弱，水解抛光慢，导致防污效果不理想，因此对长期停泊或低航速的舰艇，采油平台等静态海洋设备的防污能力仍有待提高。另外它仍需要配合氧化亚铜防污剂一同使用。尽管铜的毒性低于锡，但仍会在海洋中大量积聚，导致海藻等生物的大量死亡，破坏海洋生态的平衡。同时，即使聚合物侧链水解后，主体的材料无法降解仍存在于海洋环境中，造成海洋微塑料污染。随着人们环保意识的增强和法律法规的完善，有毒的海洋防污涂料将逐渐被淘汰，发展环境友好型防污材料对于国防建设、海洋资源开发和环境保护都有着重要的军事、经济和社会意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有材料和技术的不足，提供一种生物降解型高分子海洋防污材料的制备方法。本发明首先通过可控生物降解多元醇、二异氰酸酯和扩链剂反应得到聚合物，再通过酸碱反应或酯交换反应在聚合物侧链引入水解性功能单元，从而得到生物降解型高分子海洋防污材料。通过本发明方法所得到的材料具有优异的降解性能，特别是可控生物降解的主链；该主链与后接枝的水解性功能单元，赋予材料静态条件下的高抛光速率。此外，该防污材料的聚酯主链在海水中可降解成无毒的小分子，解决了传统自抛光防污材料因主链无法降解而造成的海洋微塑料污染问题。

本发明的另一目的在于提供由上述制备方法得到的生物降解型高分子海洋防污材料。

本发明的再一目的在于提供上述生物降解型高分子海洋防污材料的应用。所述生物降解型高分子海洋防污材料用于制备海洋防污涂料。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种生物降解型高分子海洋防污材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)聚氨酯的制备：将可控降解多元醇进行脱水处理，得到脱水产物；在惰性气体和搅拌的条件下，向脱水产物中加入溶剂和二异氰酸酯，于50～120℃反应1～3h，再加入扩链剂和催化剂，于50～120℃反应3～5h，得到含有主链降解型聚氨酯的产物；

(2)向步骤(1)的含有主链降解型聚氨酯的产物中加入金属化合物、水解性单体和溶剂，于80～140℃反应，得到生物降解型高分子海洋防污材料。所述金属化合物、水解性单体反应完全。

步骤(1)中所述脱水处理是指于80～150℃真空脱水2～3h，优选为120℃真空脱水2h。

步骤(1)中所述惰性气体为氮气或氩气。