中科院宁波材料所赵伟伟团队Prog. Org. Coat.:海水可降解自抛光环氧热固性防污涂层
2025-03-17 13:38:30 作者:涂料驿站 来源:涂料驿站 分享至:

 

海洋生物污损会显著增加船舶能耗,缩短水下设施的使用寿命,破坏生态系统,对海洋资源的勘探、开发和利用造成严重危害。据报道,全球每年因海洋污损造成的损失高达1500亿美元。防污涂料被认为是应对海洋污损最经济、最有效的方法。各种海洋防污涂层已被报道,如仿生防污涂层两亲性防污涂层污损阻抗型防污涂层以及防污释放涂层。其中,自抛光防污涂层因其防污效率高、作用时间长而被广泛应用,其表面在海水中可以通过成膜树脂的降解或水解进行自我更新。

目前,主流的自抛光防污涂层是具有侧链可水解的自抛光树脂,主要由含硅、铜或锌的丙烯酸酯与可水解侧基共聚物组成。聚合物侧链可以在海水中水解,形成可溶性表面。这种表面可以通过水洗轻松去除,实现有效的抛光。此外,这一过程会释放防污剂,从而实现防污效果。然而,侧链可水解树脂存在几个内在不利因素,限制了其应用:(1)现有的自抛光树脂通常只有可水解的侧链,主链通常不可降解,从而难以控制水解和溶解的协同作用;(2)当树脂溶解时,其主链的非降解性会导致海洋中的微塑料污染;(3)其防污性能取决于海水流动的剪切力,静态防污能力相对较差。因此,赋予主链可降解性对提高静态防污效果,减少微塑料污染具有重要意义。

近年来,设计同时具有主链可降解性和侧链可水解性的防污涂层,并添加适量的防污剂作为助剂,已成为当前的研究热点。通过调节酯基密度和侧链长度,可以精确控制聚合物涂层的侵蚀和防污剂的释放。然而,热塑性聚合物(如丙烯酸树脂和聚氨酯)因其分子组成和结构与底漆中的成膜树脂(通常为环氧树脂)存在显著差异,层间附着力通常较弱,很容易导致防污涂层失效。此外,热塑性涂层的机械强度和热稳定性也相对较差。环氧树脂因其优异的机械性能、加工特性、成膜能力好、附着力强等优点,在海洋防护涂料领域得到了广泛应用。然而,传统环氧树脂的降解往往需要强酸、强碱或加热等严苛条件,这限制了其在海洋可降解防污涂料领域的应用。到目前为止,关于海水可降解环氧树脂的报道非常少。

在多种海洋环境中,仅依赖自抛光树脂来实现有效的防污性能是不够的。防污剂通常添加到树脂基质中,并通过对树脂的层层抛光来控制其释放。这些防污剂主要包括无机氧化亚铜、吡啶硫酮铜(CuPT)和三丁基锡化合物等有机物。由于对非目标生物的持续毒性和生态危害,它们的使用已逐渐受到限制。此后,来自海洋生物或陆生植物的环保可持续的天然替代品(如辣椒素、欧夹竹桃苷等)被广泛报道。然而,天然产物防污剂的提取工艺复杂,收率低,极大地限制了其广泛应用。近年来,在结构上具有特定防污基团(如席夫碱、β-氨基醇、季铵)的本征防污涂料被认为是理想的防污材料。因此,有必要赋予海水可降解自抛光树脂固有的防污能力,这可以减少对防污剂的依赖,最大限度地减少对环境的危害。

近期,中科院宁波材料所赵伟伟团队成功制备了一种含吡咯烷酮结构的海水可降解自抛光环氧防污涂层

该涂层(DIGE-EPs)具有优异的抗菌性能,即使水解2个月,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别达到99.7%99.9%。除了防污剂从树脂基质内部释放的作用外,该涂层的防污性能还与树脂在固化过程中原位形成的β-氨基醇结构及其良好的亲水性密切相关。此外,该涂层还具有优异的成膜性能,附着力超过8MPa,冲击强度达到90kg·cm,柔韧性达1mm,满足长期使用的要求。因此,本研究为开发有效解决复杂海洋生物污损挑战的解决方案提供了宝贵的见解,在海洋环境中长期高效防污方面具有广阔的应用前景。

 

 

涂层制备工艺

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(a)IG、DIGE的合成及DIGE-EPs的固化过程;(b)DIGE-EPs涂层的制备工艺。

 

 

防污机理

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(a)大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在硅和DIEG70-EP30涂层上的SEM图;(b)防污机理示意图。

 

数据来源与出处

 

相关研究成果以“Sea-water degradable self-polishing epoxy thermosets for antifouling coatings”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。

免责声明:本网站所转载的文字、图片与视频资料版权归原创作者所有,如果涉及侵权,请第一时间联系本网删除。

    标签:
相关文章
无相关信息