有机硅功能海洋防污涂层的制备与性能研究.pdfVIP

摘要

有机硅防污涂层由于其环境友好性和优异的减阻性能而在船舶运输行业、海洋

工业等领域受到广泛关注。然而，其自身机械强度较差、与基底附着力低、静态防

污能力较弱等缺点而限制了其广泛应用。因此，本论文从增强有机硅涂层的静态防

污性能、提高附着力和改善机械性能的三个角度入手展开研究，主要研究内容和结

果如下：

（1）通过将润滑组分α,ω-双(3-(2-羟乙氧基)丙基)聚二甲基硅氧烷（HTPDMS）

对纤维素纳米晶体（CN）进行表面修饰，制备了端碳羟基聚（二甲基硅氧烷）接枝

的纤维素纳米晶（HP-g-CN）。随后将端氨基聚（二甲基硅氧烷）与异佛尔酮二异氰

酸酯、间苯二醛和二硫化碳分步反应，合成了有机硅聚（脲-硫脲-亚胺）（PDMS-PUTI）。

最后将HP-g-CN和PDMS-PUTI通过物理共混的方式制备了纳米复合涂层（PDMS-

PUTI/HP-g-CN）。聚合物网络中的动态亚胺键和动态多重氢键赋予了涂层良好的自

修复性能，自修复效率可达89.2%。HP-g-CN的引入不仅提高了涂层的机械性能（拉

伸强度：1.38MPa，与钢基底附着强度：2.43MPa），还赋予了涂层表面优异的自清

洁和自润滑性能（干摩擦系数：0.700）。涂层对牛血清白蛋白（BSA）的抗吸附能力

良好，吸附量低至10.44μgcm-2，涂层在实验室条件下的防污性能优异，对常见的

海洋细菌铜绿假单胞菌和希瓦氏菌的粘附率分别减少了97.08%和98.05%，并且涂

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层表面的硅藻沉降密度低至~27±3个硅藻细胞/mm。90天实海挂板测试结果表明

涂层表面宏观污损生物量较少，长期静态防污性能良好。

（2）通过采用ReversibleAddition-FragmentationChainTransfer（RAFT）聚合

方法，以双-3-甲基丙烯基氧丙基化四甲基二硅氧烷（MPOMS）进行均聚，合成单链

环化/打结有机硅聚合物（SCKPs），随后将SCKP与三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯交

联剂在紫外光照的条件下交联固化，制备了单链环化/打结有机硅聚合物防污涂层

（SCKPs-x）。SCKPs-x特殊的环化/打结分子链表现为均匀的纳米颗粒形态及窄的分

子量分布，并且化学结构中含有多个悬垂的乙烯基。SCKPs-x涂层具有较窄的分子

量分布（PDI为1.57），此外还表现出优异的透光性能（透光率95%），较高的附着

力（与钢基底附着力1.85MPa）。涂层在实验室条件下的抗菌性能显著，铜绿假单胞

菌和希瓦氏菌的几乎不附着在涂层表面，硅藻的沉降密度较低，为39±7个硅藻细

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胞/mm，表现出良好的静态防污能力。

关键词：海洋生物污损；有机硅防污涂层；自修复；自润滑；纤维素纳

米晶；单链环化/打结聚合物

Abstract

Silicone-basedantifoulingcoatinghaveattractedwidespreadattentionintheshipping

industryandmarineengineeringduetotheirenvironmentalfriendlinessandexcellentdrag

reductionperformance.However,theirwideapplicationhasbeenlimitedbydrawbacks

suchaspoormechanicalstrength,lowadhesiontosubstrates,andweakstaticantifouling

capability.Therefore,thisresearchwillfocusonenhancingthestaticantifouling

performance,improvingadhesion,andenhancingmechanicalpropertiesofPDMScoatings.

Themainresearchcontentsandresultsarea