[发明专利]一种有机硅植物油基多元醇及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种有机硅植物油基多元醇，其采用以下步骤制备而成：将环氧化植物油和有机硅单体进行环氧开环反应，即得有机硅植物油基多元醇；所述有机硅单体的结构式为其中，R为甲基或者乙基，R₁为烷基、取代烷基或杂烷基的一种，R₂为羟基、氨基或羧基的一种。本发明还提供上述有机硅植物油基多元醇的应用。相比于现有技术，本发明通过特定原料进行环氧开环反应，在植物油脂肪酸侧链上偶联上有机硅得到具有防污活性的有机硅植物油基多元醇，制备过程简单、易于控制，便于实现工业化生产。制得的有机硅植物油基多元醇同时具有交联作用的多羟基结构和防止微生物和蛋白质黏度的低表面能结构，且在常温下为液态。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种有机硅植物油基多元醇及其制备方法和应用。

背景技术

蛋白质、细胞、微生物、水生生物等生物污损物易在日常用品、建材、生物医用材料及海洋设备等表面粘附聚集，给医疗卫生、食品、航运等行业带来一系列问题，严重威胁着人类的健康和财产安全。其中海洋生物污损增加船舶航行阻力、堵塞海洋工程设施，甚至导致基材局部穿孔腐蚀，影响海洋工程设施的服役性能和使用寿命。此外，在海洋污损物清理过程中还可能引起生物入侵、疫情传播等导致经济损失和社会危害。涂覆防污涂料可有效阻止各种污损物对基材的侵蚀与污染而不影响基材性能，是最方便有效的防污损措施。目前防污涂料技术还严重依赖使用有毒的杀生剂，对人类和生态环境构成严重威胁。因此非释放型环境友好聚合物涂料代替传统释放型涂料，用于阻止海洋生物污损，减少对海洋生态环境的危害，是海洋防污涂料未来的发展方向。

表1.新型环境友好防污涂料的主要类型、结构特点及存在的问题

目前新型防污涂料主要包括阻止污损型、污损可脱附型、杀生型和降解自抛光涂料等，他们主要结构特点和存在的问题如表1所示。在众多防污涂料中，有机硅低表面能的污损可脱附型涂料成为目前防污涂料研究的热点。这是由于其自身的低表面能性质可使污损物难以在表面附着，即使附着也不牢固，在水流或其它外力作用下易脱落，在海洋防污、医疗卫生、公共卫生等领域具有巨大的应用潜力。

低表面能防污涂料的低表面能性质减少了其与污损物之间的附着力，同时也减弱了涂层与基材之间的附着力。但可以通过引入环氧基团、氨基甲酸酯、脲基甲酸酯、多巴胺等极性基团与基材形成氢键，有效提高涂层与基材的附着力，增强涂层的机械性能。将有机硅低表面能涂料和聚氨酯结合，不仅能克服有机硅涂层机械性能差及与基材附着力差的缺点，同时还能有效地提高聚氨酯的耐水性、耐候性，成为低表面能防污涂层活跃的研究领域之一。

目前有关有机硅改性聚氨酯主要通过在软段主链引入聚二甲基硅氧烷二醇(PDMS)。四川大学谭鸿课题组(Biomacromolecules 2020,21,4,1460–1470)基于含PDMS的软段，制备了一系列有机硅改性聚氨酯，成膜过程中，硅易向表面迁移，极大程度提高了聚氨酯涂层的耐水解性能。然而，通过软段主链引入硅，涂层机械性能差。而且现有有机硅改性聚氨酯多基于溶剂型聚氨酯，含有大量挥发性有机化合物(VOC)，或直接将预聚物浇筑后固化成膜，不利于长期储存和运输。水性聚氨酯涂料以水为分散介质，既承继了溶剂型聚氨酯强附着力、高硬度、高耐磨等优点，又有着低VOC的优势，可有效减少环境污染和对人类健康的危害。而且目前有机硅改性聚氨酯的原材料多来源于日益枯竭的石化资源，发展天然可再生的资源替代石化资源合成聚氨酯成为实现高分子材料可持续发展的一个重要方向。由典型绿色可再生植物油资源合成的多元醇，其甘油三脂结构赋予聚氨酯良好的生物降解性能，多羟基官能团结构可提高聚氨酯涂膜交联度、力学性能和耐水性。然而目前硅氟改性植物油基水性聚氨酯的研究相对较少，开发有机硅植物油多元醇用于制备水性聚氨酯防污涂料具有重要研究价值。

发明内容

本发明的目的是针对以上要解决的技术问题，提供一种制备过程简单、易于控制，便于实现工业化生产的有机硅植物油基多元醇的制备方法，该方法制得的有机硅植物油多元醇同时具有交联作用的多羟基结构和防止微生物和蛋白质黏度的低表面能结构，且在常温下为液态。