[發(fā)明專利]一種水下自修復有機硅防污涂層及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112552725B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設計）人: 段繼周;孫佳文;劉超;侯保榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院海洋研究所
• 主分類號: C09D4/06
• 分類號: C09D4/06;C09D5/16;C08G77/392
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 何薇;李穎

本發(fā)明屬于海洋防污領域，特別涉及一種基于動態(tài)二硫鍵、多重氫鍵和金屬配位鍵的水下自修復有機硅防污涂層及其制備方法。有機硅防污涂層由鄰苯二酚功能化硫辛酸衍生物和二異氰酸酯改性含脲鍵和酰胺鍵的聚硅氧烷硫辛酸衍生物、交聯(lián)劑、金屬鹽和防污劑反應獲得。本發(fā)明的防污涂層同時含有動態(tài)二硫鍵、多重氫鍵、金屬配位鍵的動態(tài)物理交聯(lián)網(wǎng)絡，具有優(yōu)異的空氣及水下自修復性能。此外，引入的鄰苯二酚部分顯著提高了涂層的附著力。該防污涂層對環(huán)境生態(tài)無污染，綠色環(huán)保，在海洋防污領域具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發(fā)明屬于海洋防污領域，特別涉及一種基于動態(tài)二硫鍵、多重氫鍵和金屬配位鍵的水下自修復有機硅防污涂層及其制備方法。

背景技術

海洋是最為嚴酷和復雜的環(huán)境，生物污損尤為嚴重，海洋污損生物附著在海洋設施表面會對設備運行產生危害等一系列問題。因此，生物污損的防護與控制技術，特別是綠色環(huán)保的新型防污材料有著越來越重要的應用研究需求。

目前，針對海洋設施生物污損常見的防污措施主要有定期物理清除法、生物周期規(guī)避法、電解防污法、直接毒殺法(化學加藥)和防污涂料法。其中，在載體表面涂刷防污涂料具有應用范圍廣、成本低的特點，是國內外普遍采用的解決生物污損最有效且經(jīng)濟的方法。

低表面能防污涂料由于其表面能較低，附著生物不容易在其表面附著或附著不牢固，近年來占據(jù)了新興市場的主流。其中，有機硅低表面能防污涂料由于具有高彈性的骨架、彈性模量較低、化學性質穩(wěn)定、表面光滑且不含殺生劑而得到較快發(fā)展。但由于其機械性能較差、和基底附著力不高、不能避免細菌和藻類等微生物生長的缺點而限制了其在水下設施中的廣泛使用。

自修復材料由于具有自我修復的能力近年來得到廣泛關注，而設計能夠在水下自修復的材料一直是一項具有挑戰(zhàn)性的任務，一方面是因為水分子可以干擾自修復材料中起修復作用的“活性位點”(可逆鍵)的再形成，即參與修復作用的官能團與水分子的物理結合會導致活性位點的失效。此外，聚合物會吸附水分子發(fā)生溶脹，機械強度降低，對結構損傷的敏感度增加，從而其水下的自修復效率會受到影響。目前已知水下自修復效果較好的材料主要包括鄰苯二酚類聚合物、多重氫鍵超分子聚合物和硫辛酸類超分子聚合物，其中鄰苯二酚類聚合物占水下自修復材料的一半以上。此外，鄰苯二酚類聚合物材料除了具備水下自修復的性能，還與基底材料具有較強的粘合性。據(jù)文獻報道，貽貝與多種表面具有很強的粘合性，就是因為貽貝足絲蛋白中含有3,4-二羥基苯丙氨酸，而其中的鄰苯二酚基團具有苯環(huán)和兩個相鄰的羥基，可以與許多其他官能團形成共價鍵或非共價配合物，使得貽貝可以牢牢的附著在多種表面上。

近年來，有機硅低表面能防污涂料的機械性能較差和與基底附著不牢的問題制約了其在水下設施中的應用，這是因為涂料的機械性能較差，表面被劃傷或破壞后，污損生物更容易附著在損傷部位，從而導致防污失效，但如果受損傷的表面可以在一定時間內自我修復就可以保持其原有的防污效果；此外，有機硅類防污涂料本身與基底的附著力較低，且長時間浸泡在水中，所以容易發(fā)生起泡甚至剝離的現(xiàn)象，也容易導致防污失效。因此，賦予有機硅低表面能防污涂料水下自修復能力和提高其與基底的附著力是本發(fā)明所要解決的技術問題。

發(fā)明內容

為了克服目前有機硅低表面能防污涂料機械性能差和與基底附著力低的不足，本發(fā)明提供一種基于動態(tài)二硫鍵、多重氫鍵和金屬配位鍵的水下自修復有機硅防污涂層及其制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用技術方案為：

一種水下自修復有機硅防污涂層，有機硅防污涂層由鄰苯二酚功能化硫辛酸衍生物和二異氰酸酯改性含脲鍵和酰胺鍵的聚硅氧烷硫辛酸衍生物、交聯(lián)劑、金屬鹽和防污劑反應獲得。

所述鄰苯二酚功能化硫辛酸衍生物中α-硫辛酸或/和其衍生物中的羧基和多巴胺鹽酸鹽中的酚羥基的摩爾比為1：1；氨基封端的聚硅氧烷與二異氰酸酯的摩爾比為1.1～1.2：1；所述交聯(lián)劑的添加量占反應過程中所用硫辛酸總質量的10％～50％；所述金屬鹽與多巴胺鹽酸鹽的摩爾比為1：50～5000；所述防污劑添加量占有機硅防污涂層成分質量分數(shù)的3～10％。