具有低表面能及可控缓释防污剂的防生物污染涂层的制备及协同防污机理的研究

In order to reduce the harm of marine biofouling and to prevent marine organism fouling of the ship and marine facilities, it has become an important and urgent task that carries out research on the long-term effective coatings in prevention of biological pollution. Therefore, this project aims to design the antifouling coatings having low surface energy and controllable release property of the encapsulated antifouling agent. It is expected to realize synergistic antifouling by combining the two functions. The antifouling agent will be encapsulated by a novel polydopamine capasules and so it can be released in a controlled manner. By regulation of the chemical composition, wall thickness, size of polydopamine capsule, the chemical nature of antifouling agent, the release rate is effectively controlled and long term antifouling property can be achieved. By the molecular and structural design the polyurethane precursors, the surface energy of coatings are significantly reduced so that a high shearing interface can be expected and so it will be easy to remove foulers. And the influence of process parameters on the biological adhesion will be investigated. This research will be a long-term effective development, wide application of biofouling prevention coating to provide the theory basis and the technical support.

为了降低海洋生物附着的危害，防止海洋生物对船舶及海洋设施的污损，开展长期有效的无毒防生物污染涂层的研究已成为一个重要而紧迫的课题。为此，本项目拟设计制备含有可控缓释防污剂的低表面能涂层，将可控缓释胶囊化防污剂与低表面能特性这两种具有不同防污机理的防污技术优点相结合，实现防污和去污协同作用。通过一类新型的聚多巴胺胶囊实现防污剂的可控释放，调节胶囊的化学组成、囊壁厚度、胶囊尺寸、防污剂的化学性质等对防污剂释放速率进行有效控制，实现长效防污；通过分子和结构设计对具有工程应用价值的聚氨酯进行改性，赋予涂层低表面能特性，创造高剪切的表面流场，实现有效去污。并考察各工艺参数对生物附着性能的影响。本课题的研究将为发展长期有效、适用范围广的防生物污染涂层提供理论依据和技术支撑。

以三苯基锡（TBT）为有效防污组分的涂层受到禁止之后，近年来大量研究集中于制备具有环境友好、长周期防污性能的防污涂层。为了提高防污涂层的持久性，我们在涂层中加入胶囊化防污剂提高其性能，这种功能化防污剂的释放速率在很大程度上决定了涂层抗污周期，因此构成涂层的树脂水化程度，降解速率与协同防污剂共同决定了涂层的抗污性能。受到复杂海洋环境的影响，理想非粘附性防污涂层应该具备通过调控其自身活性组分的释放使其具有长期广谱的抗污稳定性，且不对海洋环境的发展造成负面影响。.基于此，本研究成功通过模板法制备了可控的聚多巴胺胶囊，并在此基础上，以甲基橙和罗丹明B6G为探针分子，研究了聚多巴胺胶囊的装载及释放行为，研究发现聚多巴胺胶囊的装载具有选择性：在溶液浓度较低的酸性条件下，选择性装载带负电荷的小分子，而在碱性条件下，选择性装载带正电荷的小分子，这种选择性的装载有着重要的科研意义和应用价值，研究同时阐述了聚多巴胺胶囊选择性装载及释放行为的机理：研究了聚多巴胺胶囊装载天然防污剂狼毒的防污性能，发现其对小球藻和杜氏藻具有较好的防污效果，且所制备的装载狼毒的聚多巴胺胶囊具有对狼毒控制释放行为，其在弱碱性条件下狼毒有较大的释放量，释放时间也很长，适用于海水环境；合成了低表面能氟丙烯酸树脂，添加一定量的聚多巴胺胶囊包覆的防污剂及流平剂等助剂，通过喷涂的方法在不锈钢板上制备了低表面能复合防污涂层，其水解触角可以达到110°以上，相应的表面能为14 mJ/m2，结合力可达到1-2级，耐冲击性可达到40kg•cm，耐溶剂性好，120#溶剂油浸泡48h涂层表面无任何变化，耐丙酮擦拭，1kg压力下棉球擦拭仅有少量的磨损，不漏底，耐污染性好，中性笔涂画后很容易擦拭，海洋挂片表明涂层具有一定的稳定性及耐海水冲刷性；研究了静态、动态条件下复合涂层润湿性对海洋生物污损及去污行为的影响，发现低表面能复合防污涂层在动态条件下的防污、去污损能力更加优越。同时，低表面能复合防污涂层海洋挂片试验表明所得到涂层的具有优异的防污效果且防污期效可达到1年以上。.我们研究了低表面能涂层、防污胶囊、复合防污涂层的防污效果并阐明了防污机理，制备了胶囊化低表面能涂层，实海刮板试验表明防污时效可达1年以上。项目执行期间，研究结果主要以研究论文的形式报道，在国内外刊物上发表了5篇论文，获得授权专利3项，申请发明专利6项。