二羟基芦竹碱新型环保防污涂料的研制

发表于:2012-02-16 来源:中国涂料在线
关键词: 二羟基芦竹碱 环保防污涂料

二羟基芦竹碱:1 引言

海洋中生活着千百万种附着生物,包括微生物 、 植物(藻类)和动物(软体类和甲壳类),其中尤以藤壶 、 牡蛎 、 石灰虫等贝类附着生物对船底粗糙度的影响最大 。 这些生物中有数千种具有污损性,能附着在海水中的固体物上生长繁殖,特别是水深 3 m 以内的表层海水,由于氧气和阳光充足,更是海洋附着生物生长和繁育的天堂 。 海洋附着生物对固体表面的附着造成被附着物的破坏 [1-2] 。 以船舶为例,表面附着海洋生物后,不仅会使船舶的航速降低,操控性下降,燃油消耗量增加;而且还会使船舶 、 海水淡化设备及水下设施等的腐蚀加剧,使用寿命显著缩短 。 此外,海生物附着过程分泌的酸性物质会腐蚀船体,加速船体的破坏 [3 , 4] 。 Wippich 等 [5] 指出芦竹碱等生物碱对大麦白粉病菌的生长有害,只需 1 ~ 5 mmol/dm 3 就能阻止大麦白粉病菌 。 日本学者 [6] 开发出芦竹碱系的化合物,用于保护海洋养殖物的防污活性物质 。 本文主要介绍新型芦竹碱化合物在防污涂料方面的应用及合成方法 。

2 试验部分

2 .1 试验原料

37 % 甲醛,分析纯;冰乙酸,分析纯;吲哚,工业级;二乙醇胺,分析纯;丙烯酸树脂,自制 。

2 .2 防污剂二羟基芦竹碱的合成

在有搅拌 、 冷却 、 滴液加料 、 测温系统的反应器中,加入二乙醇胺,搅拌下加入冰乙酸,然后滴加甲醛,搅拌 0 . 5 h ,分批加入吲哚, 25 ℃ 下反应 6 h 。 用氢氧化钠调 pH 为 11 时,过滤,重结晶,烘干,得到淡黄色物质 。

2.3 防污涂料的配方

防污涂料的配方见表 1 。

表 1 防污涂料的配方 质量分数 /%

3 防污涂料性能检测

3.1 防污涂料机械性能检测

防污涂料机械性能检测结果见表 2 。

表 2 防污涂料的机械性能

由表 2 可知,将合成的防污剂二羟基芦竹碱添加到涂料中制备的防污涂料的性能没有很大改变,符合涂料的使用要求 。

3 . 2 防污涂料杀菌性能的测试

杀菌性是防污涂料最主要的性能检测,在实验室用部分微生物进行性能检测 。 以较强的光合细菌为例,进行防污杀菌性能的检测,在培养皿内加入细菌(用蒸馏水稀释到 10 倍),放入生化培养箱中培养 48 h ,取出培养皿,移取一滴培养液滴加到漆膜表面,培养 12h ,在显微镜下观察细菌的数目(单位格内细菌的百万数目),见表 3 。

表 3 光合细菌的数目

由表 3 可以很明显看出,细菌数目随二羟基芦竹碱量的增加而减少,证明含有二羟基芦竹碱的防污涂料具有很强的杀菌性能 。

4 结果与讨论

4.1 二羟基芦竹碱合成机理

二羟基芦竹碱合成机理如下:

吲哚 β 位具有活泼氢,易发生曼尼希反应 [7-9] ,反应机理如下:

4.2 合成二羟基芦竹碱的影响因素考察

4.2.1 p H 对二羟基芦竹碱产率的影响

控制反应温度为 30 ℃ 左右,反应时间为 6 h ,考察了 pH 对产率的影响,见图 1 。

图 1 pH 对防污剂产率的影响

由图 1 可以看出,当 pH 为 11 时,产率最高,为 88.2% 。

4.2.2 反应温度对二羟基芦竹碱产率的影响

固定 pH 为 11 ,反应时间为 6 h ,考察反应温度对产率的影响,见图 2 。

图 2 温度对防污剂产率的影响

由图 2 可以看出,在 25 ℃ 时产率最高,为 88.5% 。

4.2.3 反应时间对二羟基芦竹碱产率的影响

控制反应温度为 25 ℃ , pH 为 11 ,考察反应时间对产率的影响,见图 3 。

图 3 反应时间对防污剂产率的影响

由图 3 可以看出,反应时间为 6 h 时产率最高,为 87.2% 。

4.2.4 二羟基芦竹碱正交试验结果分析

试验因素水平见表 4 。

表 4 试验因素水平

通过正交试验分析,反应温度对产率的影响最大,其次是 pH ,最后是反应时间 。

最终确定的最优化参数:反应体系的 pH 为 11 ,反应温度为 25 ℃ ,反应时间为 6 h 。

4.3 二羟基芦竹碱的结构表征 [10]

4.3.1 二羟基芦竹碱的红外表征

二羟基芦竹碱的红外表征见图 4 。

图 4 二羟基芦竹碱红外光谱

特征吸收峰 — NH 波数为 3 410 cm -1 , — OH 波数为 3 290 cm -1 , — C C — 波数为 1 460 cm -1 , — CH 2 OH (伯醇)波数为 1 030 cm -1 。

4.3.2 二羟基芦竹碱的 1 HNMR 核磁波谱的 H 谱

二羟基芦竹碱的 1 HNMR 核磁波谱的 H 谱数据见表 5 。

表 5 二羟基芦竹碱 H 谱

5 结论

通过试验确定出了合成新型防污剂二羟基芦竹碱的最优化参数 。 并通过对红外光谱的分析,基本可以确定所合成的产物 。 将二羟基芦竹碱加入环氧树脂配成涂料,涂料性能都能满足对涂料的常规要求,通过杀菌试验很明显证明二羟基芦竹碱有防污效果 。 另外含有羟基的防污剂可以做成长效防污涂料,非常具有科研意义 。

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