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丙烯酸酯/有机硅复合涂层的制备及其防污性能研究

摘要

随着海洋工业的不断发展，海洋污损生物对船舶和海上平台等设备的负面影响日益

显著。涂覆海洋防污涂料是防止污损生物问题的最经济有效方法之一。因传统的三丁锡

基防污涂料对海洋环境产生不良影响而被禁用以来，不含防污剂的污损脱附型环境友好

型涂层成为研究热点。具有低表面能和低弹性模量性质的污损释放防污涂层使海洋污损

生物难以牢固附着在其表面，但其在静态环境下防污能力不佳，并且其机械性能和附着

力也不理想。针对涂层的上述难题，本论文制备兼具主动防污及良好机械性能的丙烯酸

酯/有机硅复合海洋防污涂层，研究涂层的表面性质、力学性能及环境友好性，通过抗菌

实验、静态抗硅藻实验、动态硅藻脱附实验和贻贝选择性粘附实验评价涂层的防污能力。

以丙烯酸异冰片酯、聚乙二醇甲基醚甲基丙烯酸酯和丙烯酸羟乙酯等丙烯酸单体为

原料，通过自由基聚合法制备丙烯酸酯（PABG），将其添加到羟基封端聚二甲基硅烷中

以制备复合防污涂层（PDMS-Px）。研究发现，PABG聚合物的引入改善了涂层的机械性

能并提升了涂层与基材的附着力。丙烯酸酯侧链上聚乙二醇的迁移使涂层在海水浸泡前

后的接触角发生变化，但涂层的表面能依然保持在低表面能的范围内（24.1±0.5~25.6

±0.2mJ·m-2），PDMS-Px涂层的硅藻脱附率在21.6%~63.4%范围内。另外，PABG中冰

片和聚乙二醇侧链在海水环境中会迁移到表面，结合涂层低表面能的性质协同增强了涂

层的静态防污能力，可明显抑制双眉藻和小新月菱形藻的附着，对大肠杆菌、金黄色葡

萄球菌和厦门假交替单胞菌的抑制率分别为85.0±0.1%、86.7±0.5%和76.5±0.1%。

为提升涂层的防污性能和力学性能，以丙烯酸异冰片酯、聚乙二醇甲基醚甲基丙烯

酸酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯等丙烯酸单体为原料合成丙烯酸酯（PSBG），并与氨丙基

硅油反应制备交联型防污涂层（PSBG-Nx）。研究发现，氨丙基硅油两端氨基和丙烯酸

酯侧链上环氧基团发生开环反应提升了涂层的拉伸强度，PSBG-N2涂层的拉伸强度达

到3.1MPa。此外，涂层的附着力为1.4±0.3MPa。引入氨丙基硅油降低了涂层的表面

能，结合PSBG聚合物中异冰片酯结构进一步提升了涂层的防污能力，其中PSBG-N2

涂层抑制双眉藻和小新月菱形藻附着率分别为91.7±0.4%和94.9±1.6%，硅藻脱附率

达到56.7%。对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和厦门假交替单胞菌的抑制率分别为96.6±

0.3%、82.8±1.9%和96.8±0.1%，此外，涂层有效抑制了贻贝足丝盘的粘附。

为进一步提升涂层的机械性能，使用丙烯酸异冰片酯、聚乙二醇甲基醚甲基丙烯酸

酯和丙烯酸羟乙酯等丙烯酸单体为反应原料，采用自由基聚合法制备侧链含羟基官能团

哈尔滨工程大学硕士学位论文

丙烯酸酯（PHBG）；通过化学反应利用异佛尔酮二异氰酸酯和单羟丙基硅油制备异氰酸

酯基封端聚二甲基硅氧烷（IPDI-PDMS），将不同比例的IPDI-PDMS与PHBG反应制备

高性能防污涂层（PHBG-Px）。研究发现，IPDI-PDMS和PHBG复合提升了涂层的拉伸

性能，其中PHBG-P0.4涂层的拉伸强度达到4.8MPa。另外，各涂层与基材之间的附着

力达2.5±0.3MPa以上。同时PHBG-Px涂层表面呈现疏水性质，处于低表面能范围，

有利于污损生物脱附（最佳硅藻脱附率为59.4%）。低表面能特性和PHBG聚合物的防

污特性协同增强了涂层的防污性能，对双眉藻和小新月菱形藻的最佳抑制率为94.5±1.6%

和97.9±0.2%，对厦门假交替单胞菌和海假交替单胞菌的抑制率分别达到了97.6±0.6%

和94.1±2.0%，而且对成年贻贝也具有较好的抑制粘附能力。

关键词：海洋防污；丙烯酸酯共聚物；有机硅；复合涂层

丙烯酸酯/有机硅复合涂层的制备及其防污性能研究

Abstract

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