[发明专利]一种聚氨酯及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种基于两性离子和亲疏水微区协同抗海洋生物污损的聚氨酯涂层。其通过在主链上引入两性离子和亲疏水异质结构链段，协同作用达到出色的防污性能。所述聚氨酯的制备方法首先通过二异氰酸酯和亲疏水的二羟基化合物以及用羟基修饰的两性离子形成预聚体，然后加入小分子量的二元醇或者二元胺进行扩链，最后加入三羟甲基丙烷作为交联剂，进一步反应形成含有两性离子和亲疏水微区的聚氨酯材料。通过控制涂层的耐水性、机械强度、粘附强度以及亲疏水微区结构，成功制备了具有优异防污性能的新型聚氨酯涂层，这一方法对开发聚氨酯海洋防污涂层具有重要的价值。

技术领域

本发明属于海洋防污技术领域，具体涉及一种基于两性离子和亲疏水微区协同防污的聚氨酯及其制备方法和应用。

背景技术

聚氨酯由于其出色的生物相容性和良好的机械性能，在生物医学设备、海洋防污涂层等领域有着广泛的应用。近年来，聚氨酯涂层在海洋工程方面内有着重大的应用与挑战。海洋生物污损指的是海洋中众多的生物在船体以及海洋设备等表面的附着和累计的现象及其带来的严重危害，比如增加船体重量，增大表面粗糙度，使得耗油量增加；还会加速船体表面和其他海洋设备的腐蚀和老化；另外，由于污损生物的迁移现象还会导致生态系统的紊乱。然而传统的海洋防污法比如机械清除、超声等，存在大量的缺点，如耗资耗费，及以负载有机锡和氧化亚铜为主的防污涂料会毒杀微生物，并且可以通过生物链的富集效应而危害到人类健康。这些缺点导致其使用范围已经受到了严重限制。此外还有一些负载天然生物类防污剂的涂层，但是由于提取难度大，成本较高等仍然处在初期研发阶段。

近年来，聚氨酯涂层的开发设计为海洋防污提供了更加便捷、长久、高效、环保的防污策略，然而目前聚氨酯防污涂层的设计仍然存在着很大的缺陷。比如中国专利CN108840991 A报道了水性聚氨酯材料，但该文献并未揭示其亲疏水微区结构的调控以及海洋防污性能测试和防污机理。中国专利CN 105732953 A报道了一种抗蛋白及微生物吸附的水性聚氨酯，但是其制备过程繁琐，需分步制备且涉及复杂的提纯和乳化过程，另外，该聚氨酯仅仅针对生物医学领域提出应用价值，并没有针对海洋防污进行研究。而基于引入聚乙二醇和两性离子的亲水性聚氨酯涂层，其耐水性差，溶胀率高，极大地限制了其应用环境，并且其在海洋防污领域的进一步开发也有待研究，此外，基于季铵盐或者负载防污剂来毒杀微生物的聚氨酯涂层，其防污效果显著但危害性大，这就迫切要求我们设计开发新型绿色环保、高效防污的聚氨酯涂层。

发明内容

本发明提供一种聚氨酯，其包括如下结构单元：氨基甲酸酯单元，两性离子和亲疏水微区异质结构链段。

根据本发明，所述亲疏水微区是指两亲性链段，包括亲水性链段和疏水性链段。

根据本发明，所述聚氨酯具有如下结构：

其中，M代表两性离子；X-Y代表两亲性链段，n≥1，没有特别的限定，可代表任何连接基团，例如碳链、含杂原子的碳链、芳基、杂芳基中的任何一种。

根据本发明，所述两性离子可以选自羧铵基、磺铵基、甜菜碱基、季铵吡啶磺酸盐、季铵咪唑磺酸盐中的任意一种；示例性地，所述两性离子来源于羟基修饰的两性离子化合物，例如来源于3-(三(2-羟乙基)铵基)丙烷-1-磺酸盐(THEAPS)。

根据本发明，所述两亲性链段包括亲水性基团和疏水性基团；例如，所述两亲性链段来源于下列A类化合物、B类化合物与二异氰酸酯反应得到：

(A)聚丙二醇、聚乙二醇中至少一种，

(B)双酚A、端羟基聚甲醛、聚己内酯二醇、聚碳酸酯二醇、聚酯二元醇、聚硅氧烷二元醇中至少一种。

根据本发明，所述A类化合物的分子量可以为200～6000，例如600，1000；所述B类化合物分子量可以为200～2000，例如1000。