侧链悬挂吲哚衍生结构自抛光树脂的合成及其海洋防污性能

The marine biofouling is a world-wide issue in restricting the persistent operation of marine equipments due to the complex marine environment. As a key protection technology, the integration between antifouling properties and environmental-friendly properties has been an objective for marine antifouling coatings. Recently, natural product type antifoulants have been a research focus, more importantly, the indole antifoulants are promising because of their simple molecular structures and easy synthesis. However, the antifouling coatings with antifoulants display apparent reduction in antifouling properties, significantly shortening the antifouling lifetime. In this proposed project, the self-polishing resins decorated by indole derivatives in side chains will be synthesized by combining traditional environmental-friendly resins with indole derivatives having double bonds, realizing the cooperative effects of antifouling properties from indole derivatives and self-polishing behaviors of the resin matrices. It is expected to provide technical and theoretical supports for developing environmental-friendly antifouling coatings with highly antifouling properties.

严酷的海洋环境使得海洋生物污损一直是阻碍海洋装备高效服役的世界性难题。而作为关键保障技术，海洋防污涂料的高防污性与环境友好性的统一是当前该领域所追求的目标。近年来，天然产物类防污剂成为研究热点，其中吲哚类防污剂因结构简单、易化学合成被认为最具应用前景。然而添加防污剂型防污涂料存在着后期性能衰减严重的问题，极大缩短了防污涂料的防污有效期。本项目拟设计合成含有双键结构的吲哚类衍生物，在传统环保型防污涂料自抛光树脂的基础上合成出侧链悬挂吲哚衍生结构的自抛光树脂，实现吲哚衍生结构的抑制生物附着性能与树脂自身自抛光性能的协同增效。这将为环保型高防污性能防污涂料的研发提供有力的技术和理论支撑。

本项目针对当前防污涂料领域存在的环境污染及防污涂料性能亟待提升的问题，借助树脂的多功能化来实现有效解决。分别通过傅克反应和迈克尔加成反应共合成出16种新型吲哚酰胺类和酯类化合物，其中含双键功能结构的化合物为12种。对化合物进行了抑菌、抑藻性能研究，结果表明大部分化合物的生长抑制率都超过90%，其中对Escherichia coli和Phaeodactylum tricornutum Bohlin的生长抑制率可高达96%。进一步通过非损伤微测技术（NMT）研究发现吲哚衍生物的存在导致了Ca2+外排增加，破坏了藻类细胞中的Ca2+平衡，进而抑制了藻类的生长。通过以上工作共筛选出2种具有高活性的分别含有苯基结构和氯原子的化合物，将其作为功能单体与丙烯酸酯共聚制备出新型侧链悬挂吲哚衍生结构的自抛光树脂，并以该树脂为基料进一步制备了防污涂料。借助室内与海上性能评价深入探究了树脂与对应防污涂料的防污性能，结果表明，丙烯酸锌/铜树脂结构中引入吲哚衍生结构，可大幅度的提升其、抑菌、抑藻与抑制蛋白吸附性能，且不改变树脂本来的自抛光特性，从而实现了树脂兼具抑制生物附着性能与自抛光性能的有效融合，共筛选出了2种防污性能优异的树脂；遴选出了有效的化学结构与防污应用组合，即以侧链悬挂N-(1H-2-苯基-吲哚-3-甲基)丙烯酰胺的丙烯酸铜树脂为成膜物，以氧化亚铜为防污剂，以吡啶硫酮铜为辅助防污剂，比例为1:1的聚乳酸与环烷酸为助剂。SCI源刊上发表论文10篇（通讯作者5篇），其中SCI一区2篇，二区6篇；中文核心期刊2篇（通讯作者1篇）；获授权发明专利1项，申请发明专利2项（均为第一发明人）。培养博士生2名（1名在读），硕士生3名（1人在读）。在国内学术交流方面，参加国内海洋污损防护技术研讨会3次，做学术报告2次。在国际学术交流方面，与德国基尔大学工程学院材料科学系功能纳米材料课题组正针对团队研发的含吲哚衍生结构的防污涂料在渔网上的应用做合作研究方案规划。总之，项目的顺利完成为下一步环保型高性能防污涂料甚至是不含防污剂防污涂料的研发提供了理论依据和技术支撑，可推动我国的防污涂料技术水平向国际发展先进行列的迈进。