含刚性基团刷形高分子表面活性剂结构设计及作用机理研究

The emulsion stability of the small molecular oil-removal additive system in the pretreatment process for textile printing and dyeing is relatively poor, and the reverse oil-pollution of the product and equipment has always been a bottleneck. Based on the linear macromolecular skeleton with outstanding soluble promotability and emulsibility for crude oil, this project will pertinently introduce the bulky groups as phenyl and naphthyl groups into the polyelectrolyte hydrophilic backbone, in order to weaken the conformational curl of the hydrophilic backbone in aqueous solution, and dramatically increase the content of lipophilic side-chains on the premise of water solubility, and then achieve a series of brush-like macromolecular surfactants with bulky groups, novel structure and adjustable lipophilicity. Investigate the effects of the bulky groups on the macromolecular construction of the brush-like surfactants and on the interactive mechanism of the functional units, and reveal the influences of the inherent structures of the macromolecules (the kind and quantity of bulky group, the length and charge distribution of backbone, and the length and density of side chain, etc.) on the associative behaviors (aggregate dimension, micropolarity, aggregation number, molecular arrangement, associative mode, etc.) both in the solution phases and on the textile surfaces, and then hierarchically establish the structure-property relationships and the simulation models between the architecture and transformation of the aggregates and the oil removement, emulsifying capacity and stability of the systems, with the hope of providing a critical data and theoretical support for solving the problem of reverse oil-pollution and for the design of novel macromolecular systems with intended function.

纺织品印染前处理中小分子除油助剂体系的乳化稳定性较差，一直存在油污反沾产品和设备的瓶颈问题。本项目以对原油具有强增溶和乳化性的线型高分子骨架为基础，有针对性地在聚电解质亲水主链中引入苯基、萘基等刚性基团，削弱亲水主链在溶液中构象的蜷缩效应，在保证高分子水溶性的前提下显著提升分子骨架中亲油侧链含量，从而合成出一系列含有刚性基团、结构新颖的亲油性可控刷形高分子表面活性剂。系统研究刚性基团对刷形表面活性剂高分子骨架构建及其它功能性单元作用机制的影响，揭示高分子骨架中刚性基团种类和含量、主链长度和电荷分布、侧链长度和密度等结构特征对高分子在溶液中和织物上形成的聚集体尺寸、微极性、聚集数、分子排列和聚集方式等聚集行为的影响，层级制建立聚集体的构筑和变化与体系除油、乳化容量和稳定性等构性规律性关系和作用模型，为油污反沾问题的解决以及具有预期功能高分子体系的设计提供关键数据与理论支撑。

针对油污反沾等产业瓶颈问题，通过结构设计合成了多种系列结构的两亲高分子，并作为前体设计制备了新颖的水分散防粘附防污聚合物涂层。开展了新体系的合成、组装、表面修饰性能、构效关系和作用机制等研究，并取得了超出预期的较好成果。截止目前，已发表注明国家自然科学基金“21406040”资助的SCI研究论文11篇，其中第一/通讯作者发表JCR分区一区的较高水平论文6篇；近三年，第一发明人申请发明专利10件，并获另外3件专利授权；申报人2017年被特聘为广东省珠江学者青年学者，2016年获得广州市珠江科技新星称号；2017年，2016年作为负责人分别与国内外高校和企业合作承担2项广东省重点国别及区域合作项目；与合作单位成立了联合研发中心；为依托单位广东省化学工程与技术重点学科的发展积极贡献力量，协助单位申请并获批广东省珠江学者岗位；项目执行期间已培养和协助培养硕士研究生4人。在国家切实推进2015年修订的新《环境保护法》的大背景下，特别是2016年新出台的《大气污染物排放标准》以及后续不断提高的环保要求和地方环保政策，迫使传统油性（溶剂分散，高VOC排放）涂料快速退出市场。部分企业研发积累较为薄弱，技术转型中面临巨大压力甚至被行业淘汰的风险。因此，本项目两亲高分子为前体的水性涂层特别是本项目涉及的低粘附功能性水性涂层研究所获得的理论和实验依据，可帮助形成适应新环保要求并具有一定性能优势的新产品或新技术，以提升我国若干涂料企业竞争力与影响力乃至由涂层性能优势而提升电器、家具、汽车等技术和人员密集型国产品牌的国际地位，具有可观的经济和社会效益。