[發(fā)明專利]一種硫酸鹽還原菌代謝微環(huán)境響應型復合涂層及制備方法

有效

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• 申請日: 2021-07-23
• 公開（公告）號: CN113462215B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設計）人: 王鵬;張盾;蔡昊原
• 申請（專利權）人: 中國科學院海洋研究所
• 主分類號: C09D5/08
• 分類號: C09D5/08;C09D5/14;C09D167/08;C09D163/00
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 馬千會

本發(fā)明涉及防腐涂料技術領域，涉及一種硫酸鹽還原菌代謝微環(huán)境響應型智能涂層及其制備方法。一種硫酸鹽還原菌代謝微環(huán)境響應型復合涂層，包括抗菌面層和防腐底層，所述抗菌面層中摻雜封裝殺菌劑的納米粒子，所述防腐底層中摻雜封裝緩蝕劑的納米粒子；所述的納米粒子為硫酸鹽還原菌代謝微環(huán)境響應型納米粒子。本發(fā)明中硫酸鹽還原菌代謝微環(huán)境響應型納米粒子具有硫離子響應釋放功能。殺菌劑或緩蝕劑封裝于納米粒子的骨架結構中，避免不可控的泄露，當硫酸鹽還原菌大量繁殖并代謝產生硫離子，導致金屬發(fā)生腐蝕傾向時，納米粒子能夠對腐蝕微環(huán)境中增加的硫離子濃度做出響應并發(fā)生分解，實現功能分子的定時、定點、定量控制釋放，避免了功能分子不可控釋放所導致的成本、環(huán)境問題。

技術領域

本發(fā)明涉及防腐涂料技術領域，涉及一種硫酸鹽還原菌代謝微環(huán)境響應型智能涂層及其制備方法。

背景技術

海洋生物（細菌、藻類、軟體動物）會附著在任何浸入海水的材料表面，稱為生物污損。這一過程會伴隨著細菌菌落和生物膜的形成，導致金屬材料發(fā)生微生物腐蝕。許多細菌能夠在聚集的生物膜下觸發(fā)微生物腐蝕，其中，最典型的腐蝕微生物是硫酸鹽還原菌，其主要使用硫酸鹽作為無機或有機底物厭氧氧化的電子受體，通過硫酸鹽還原菌的新陳代謝過程，產生大量還原的硫離子并在生物膜附近積累，硫離子與金屬離子結合形成不溶性產物，最常見的是硫化亞鐵，造成生物膜下金屬發(fā)生嚴重的電化學局部腐蝕。因此，環(huán)境中腐蝕性硫離子濃度的升高可視為硫酸鹽還原菌腐蝕發(fā)生的特征。

細菌黏附和所導致的微生物腐蝕會加劇材料損失，造成安全威脅和維護成本增加。為了抑制生物污損和金屬腐蝕，常用的方法是在金屬表面加裝涂層，以此阻礙細菌繁殖，阻擋腐蝕性物質并阻止金屬氧化反應。目前，由于在防污和防腐方面所具有的優(yōu)勢，大量特定結構/功能和殺菌添加劑的聚合物涂層被廣泛研究，然而，涂層中殺菌劑不可避免的浸出、潛在的細菌耐藥性和生物毒性可能會嚴重破壞海洋環(huán)境和生態(tài)秩序。藥物控釋系統(tǒng)能夠在合適的時間和地點有針對性地釋放活性物質，避免以上問題發(fā)生。其中，利用獨特的細菌代謝微環(huán)境作為刺激來激活藥物釋放的策略具有很好的實際意義。為實現這一目標，各種藥物載體通過對特定的細菌代謝物例如毒素、細菌酶和有機/無機酸作出響應以實現抗菌功能激活，展現出抑制細菌黏附潛力。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現有微生物腐蝕防護技術中的不足，提供一種硫酸鹽還原菌代謝微環(huán)境響應型復合涂層及其制備方法和應用，該復合涂層具有分層結構，抗菌及防腐性能優(yōu)異；利用細菌代謝產物作為激發(fā)藥物釋放的刺激源，可有效調控殺菌劑及緩蝕劑釋放效率。

本發(fā)明提供一種硫酸鹽還原菌代謝微環(huán)境響應型復合涂層，包括抗菌面層和防腐底層，所述抗菌面層中摻雜封裝殺菌劑的納米粒子，所述防腐底層中摻雜封裝緩蝕劑的納米粒子；所述的納米粒子為硫酸鹽還原菌代謝微環(huán)境響應型納米粒子。

所述硫酸鹽還原菌代謝微環(huán)境響應型納米粒子是由沸石咪唑酯骨架結構材料封裝殺菌劑或緩蝕劑形成的納米粒子，尺寸為50～80 nm。

所述沸石咪唑酯骨架結構材料為沸石咪唑骨架-90、沸石咪唑骨架-8、沸石咪唑骨架-67中的任一種或幾種。

所述殺菌劑為4,5-二氯-N-辛基-4-異噻唑啉-3-酮（DCOIT）、三氯生、百菌清中的一種或幾種；其中，殺菌劑的加入量占納米粒子質量的5-10%。

所述緩釋劑為苯并三氮唑（BTA）、8-羥基喹啉、2-巰基苯駢噻唑中的一種或幾種；其中，緩蝕劑的加入量占納米粒子質量的5-10%。

所述抗菌面層的基料為水性醇酸樹脂。

所述防腐底層的基料為環(huán)氧樹脂。

本發(fā)明還提供了一種硫酸鹽還原菌代謝微環(huán)境響應型復合涂層的制備方法，包括：

（1）將封裝緩蝕劑的硫酸鹽還原菌代謝微環(huán)境響應型納米粒子與基料混合，分散至納米粒徑，然后沉積到基體表面，形成防腐底層材料；