Chem. Eur. J. :基于氟硅链段和丙烯酸龙脑酯多机协同作用的防污防腐涂层

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我国每年因海洋生物能污损与腐蚀造成的经济损失高1000多亿,防污涂料是解决生物污损与腐蚀问题最有效、最可行的方法之一。二甲基硅氧烷(PDMS)基低表面能污损脱附涂料由于其对海洋生物的附着力较弱,是最有前途的无毒防生物污染涂料之一。通过与水流相关的剪切力轻松去除附着在PDMS涂层表面的生物污垢。然而,PDMS涂层不能牢固地附着在金属基材上,机械强度低、容易破裂、失去抗污染功能,并且在静态条件下的防污性能较差,例如在水产养殖网箱、海上钻井、码头等人工设施表面,由于缺乏强水流的冲刷,生物污垢不能及时释放,这些缺点限制了PDMS的应用。


为了克服与附着力和机械性能相关的缺点,通常引入聚氨酯和环氧等强黏附基团。针对有机硅防污能力差的问题,采用聚乙二醇、电离剂、阳离子聚合物、含氟聚合物、天然杀菌剂等材料对有机硅进行表面改性,增强其静电防污能力。其中,经聚乙二醇、离子化或阳离子聚合物改性的亲水有机硅表面导致形成可隔离生物污垢的水化层。然而,涂层的高亲水性降低了涂层的力学性能和结合强度。含氟链段具有较低的表面能,展现出优异的自洁性、耐腐蚀性、耐化学性和阻隔性,是船舶防污涂料的理想选择。此外,丙烯酸异龙骨酯与龙骨基结构相似,耐细菌粘附,刚性高,热稳定性好,可显著提高涂层的力学性能。


基于上述的考虑,浙江大学化学工程与生物工程学院张庆华教授/刘权副研究员等通过缩聚反应引入2,3,5,6-四氟-1,4-对苯二醇与丙烯酸龙脑酯,制备增强粘合剂和机械坚固的防污防腐硅基涂层(PTUBAF)。该功能涂层的氨基甲酸酯基团与基材表面的羟基之间发生氢键结合作用,使其与基材展现出良好的附着力。基于苯环和六元环双相硬结构,PTUBAF涂层的力学性能得到了显著改善。得益于龙脑酯的抗菌特性和氟硅链段的低表面能特性的协同作用,PTUBAF涂层具有优异的防污性能。制备的氟硅功能涂层PTUBAF具有较强的疏水性,这赋予了涂层优异的抗腐蚀性能。此外,由于涂层的可见光透过率为91%,因此可以用作智能手机的保护膜。该工作制备的涂层具有巨大的潜在应用价值。



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文信息

Enhanced adhesive and mechanically robust silicone-based coating with excellent marine anti-fouling and anti-corrosion performances

Qiang Li, Peng He, Haihua Wang, Ziqi Xu, Xiaoli Zhan, Quan Liu, Qinghua Zhang

文章第一作者为李强,通讯作者为张庆华、刘权


Chemistry – A European Journal 

DOI: 10.1002/chem.202303096

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