纳米颗粒增强TiO_2涂层的制备及其防污性能

为提高二氧化钛涂层的防污性能,采用KH-550硅烷改性锐钛矿型TiO_2颗粒,并充分分散于二氧化钛凝胶涂层中。通过降解亚甲基蓝溶液、细菌贴附试验、藻类贴附试验,分别评价了涂层的光催化性能、抗菌性能及抗藻类附着性能,并利用激光共聚焦显微镜及扫描电子显微镜对藻类在涂层表面的附着情况进行分析。结果表明,添加TiO_2纳米颗粒涂层的防污性能较未添加TiO_2纳米颗粒涂层有较大程度的提高。添加粒径为5~10 nm TiO_2颗粒的二氧化钛涂层对小球藻、三角褐指藻及小新月菱形藻的附着降低率分别达到了92.1%、71.5%和62.1%,相较于纯二氧化钛涂层对3种藻类的附着降低率分别提高了29.7%、68.4%和43.5%。TiO_2颗粒的加入可以有效地提高涂层的光催化性能,光催化使得涂层具有亲水、抗菌及自清洁的性能进而有利于提高涂层的防污性能。     

新型环保海洋防污材料研究进展

简要论述了海洋防污材料的发展历史及其防污机理,评述了新型环保高性能海洋防污材料的最新研究进展。自有机锡自抛光防污涂料被禁用后,基于聚丙烯酸锌、聚丙烯酸铜和聚丙烯酸硅烷酯的无锡自抛光防污涂料得到了广泛应用。为进一步提升其防污性能和环保性能,接枝防污官能团防污材料、生物降解高分子基防污材料、主链降解型自抛光防污材料、减阻型防污材料以及仿生防污材料成为当今的研究热点。介绍了席夫碱、草甘膦、苯并异噻唑啉酮等几种防污官能团的接枝方法及其防污效果,指出这类方法可提高防污剂的利用率,使防污剂释放更平稳,但实用化还需解决防污剂接枝改性后防污能力下降以及合成工艺复杂等问题。重点介绍了生物降解高分子基防污材料,特别是主链降解-侧链水解型防污材料的结构和合成方法。由于该类可降解/水解树脂具有良好的力学性能和水解可调控性,所制备的防污涂料即使在静态下,防污剂也释放平稳,因此可用于开发新型主链降解型自抛光防污涂料,以提高涂层的静态防污长效性,具有良好的应用前景。还介绍了通过对高分子树脂改性等方法降低涂层水解后的表面粗糙度,该类防污涂层具有良好的减阻性能。最后介绍了仿生防污材料的研究进展。     

PVP-Cu2O微胶囊防污涂料的制备及性能研究

目的合成一种氧化亚铜微胶囊,以其为防污剂制备防污涂料,并进行性能研究。方法利用亚硫酸钠还原-单凝聚法合成聚乙烯吡咯烷酮-氧化亚铜(PVP-Cu_2O)微胶囊,并利用电镜测试和红外光谱对微胶囊的结构组成和包覆效果进行了验证。以合成的微胶囊为防污剂,PU/EP改性树脂为基体,制备了防污涂料试样,对涂料试样的涂层硬度、抗冲击性、拉伸强度、剪切强度、吸水性能、释放性能等进行了测试表征,探究防污剂的种类和用量对防污涂料各方面性能的影响。对遴选的优异配方涂料进行浅海挂板防污试验,探究其实海防污性能。结果实验成功合成出了PVP-Cu_2O微胶囊,与使用普通Cu_2O作为防污剂的涂料试样相比,使用PVP-Cu_2O微胶囊的涂料试样涂层硬度、抗冲击性、拉伸强度、剪切强度、吸水率和缓释效果等性能均有了较大幅度的提升和改善。当PVP-Cu_2O用量增加至35 phr时,微胶囊对防污涂料性能改善效果有一定程度的减弱,综合考虑涂料试样的各方面性能,确定PVP-Cu_2O用量以15 phr为宜。浅海挂板防污试验证明:用量仅为15phr的微胶囊涂料达到了与商品防污涂料基本相当的防污效果。结论 PVP-Cu_2O微胶囊防污涂料可以在实现防污涂料的环保化、节能化和长效化方面起到十分积极的作用。     

仿生协同防污涂层的制备及性能

目的 将低表面能、仿生、纳米粒子防污技术相结合,制备出具有仿生协同效应的海洋防污涂层.方法 利用光刻法加工出带有负向形貌的硅板,以低表面能材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基体,加入纳米ZnO、仿渗型防污剂苯基甲基硅油(PSO)以及固化剂、分散剂等助剂,经固化倒模,得到表面具有微米级织构的仿生协同效应的海洋防污涂层.通过扫描电子显微镜、X射线能谱仪分析观察涂层的表面形貌及元素分布.通过立体显微镜、红外分光测油仪观察并测定涂层中PSO的渗出速率.通过拉伸试验研究涂层的力学性能.通过接触角测试和硬度测试研究涂层的表观性能.通过抗菌实验研究涂层的防污性能.结果 涂层表面具有规则且完整的微米级织构,由于PSO和纳米ZnO的添加,涂层的疏水性能和力学性能显著提升,10％ZnO含量的涂层具有最佳的力学性能和防污剂释放速率.表面具有圆柱形织构的协同防污涂层的抗细菌粘附效果最好,其细菌粘附率减少了90％.结论 该仿生协同防污涂层相比单一原理防污涂层具有更为优异的防污效果,通过纳米ZnO的加入调控了防污剂PSO的渗出速率,延长了涂层的使用期效,且不会对环境产生污染,具有良好的发展前景.     

天然产物基无铜自抛光防污涂料的制备与性能

随着人们环保意识的增强和环保法规的日益严格,不含重金属防污剂的环境友好防污涂料成为目前研究的热点。文中通过室内的接触角、水解失重和吸水率跟踪测试,研究了3种主链降解型聚丙烯酸锌树脂的表面润湿性能和自抛光性能;并将其与天然产物防污剂(Butenolide)复配制备了天然产物基无铜自抛光防污涂料,通过防污剂释放率测试和浅海浸泡试验对防污剂的释放行为和实海防污能力进行了研究。结果表明：主链降解型聚丙烯酸锌树脂H100Z具有优异的自抛光性能(质量损失可达8.4 mg·cm⁻²)和较低的溶胀程度(吸水率仅为12.3%),可作为Butenolide的载体,实现对其可控、稳定和持续的释放,该防污涂料在南海海域(深圳)和东海海域(厦门)浸泡3个月后均展现出优异的防污效果。     

火焰喷涂制备纳米陶瓷超润滑涂层及其防污性能

仿猪笼草结构的灌注液体型超润滑涂层(SLIPS)因具有优异的自清洁防污性能备受关注,但目前存在制备工艺复杂、成本较高、不适宜大规模制备等问题,影响了该技术的实际应用。针对这一问题,利用火焰喷涂技术制备SLIPS表面的技术工艺,成功在不锈钢表面制备了基于纳米二氧化钛的SLIPS涂层,并研究了涂层结构及性能。利用SEM分析了涂层的表面形貌和微观结构;利用接触角测量仪研究了涂层的浸润性能;通过藻类贴附试验评价了涂层的防污性能。结果表明：所制备涂层表面接触角达到118.01°,滚动角达到4.54°,呈超润滑性能,对海洋小球藻附着率降低了98.56%。文中研究为制备低成本、大规模SLIPS涂层提供了一种可行的思路。     

含氧化亚铜和有机防污剂的两种防污涂层失效过程对比

防污剂的种类和含量不同其渗出机制与失效过程也不相同,随着防污涂层树脂的水解和防污剂的溶出,防污涂层作为第一道屏障其失效情况也会影响整个防污防腐涂层体系对基体的保护作用。采用电化学交流阻抗(EIS)技术,结合SEM/EDS以及红外光谱(FTIR)等方法研究了两种含氧化亚铜和有机防污剂的防污涂层在3.5%NaCl溶液中的水解失效过程以及涂层配套体系对基体铝合金的保护作用。结果表明:两种涂层体系在常温3.5%NaCl溶液中浸泡4年后其低频阻抗仍然很高,对基体仍然具有良好的保护性能;热循环加速试验(45℃12 h+25℃12 h)大大促进了防污面漆在NaCl溶液中的水解以及可溶性颜填料与防污剂的溶出,含氧化亚铜较高的W1面漆表面形成大量的微裂纹,导致试样低频阻抗迅速下降,整体屏蔽性能降低;含多硫代化合物的W2面漆柔韧性较好,少有裂纹,涂层的整体屏蔽性能下降较缓。     

金属表面新型绿色海洋防污功能膜层的研究进展

海洋中金属设备的生物污损会引起许多问题,如设备的额外能量消耗、高额的维护成本以及严重的金属腐蚀破坏,给海洋工程带来很大损失。在金属表面构建防污膜层是解决其海洋生物污损问题的重要途径。概括了海洋防污膜层的发展历程与金属表面环境友好型防污膜层的研究进展,并重点介绍了新型海洋防污功能膜层及其研究方向。目前,金属表面新型海洋防污膜层的开发主要集中于结构防污和功能防污2个方面。在结构防污方面,在金属表面构建仿生微纳结构,并以低表面能物质修饰,形成超疏水表面,能够显著提高其抗海洋生物附着的能力,达到绿色防污的目的;在功能防污方面,在金属表面制备具有可控释放防污抗菌剂能力的功能膜层,可以实现在环境保护前提下的高效抗菌防污,是未来研究的发展方向。层状双金属氢氧化物（LDHs）和金属–有机骨架（MOFs）材料具有合成物选择多样、微观结构独特的特点,自身具备抗菌能力或负载大量防污抗菌剂的能力,并可实现防污抗菌剂的可控释放,有望成为具有理想抗菌功能的新型海洋防污剂负载材料。     

海洋防污涂层的抗污机制及制备策略研究进展

首先简要陈述了海洋生物/微生物在金属基底表面的生物粘附和代谢物-腐蚀过程,包括条件膜吸附、生物膜形成、藻类和幼虫附着、大型生物寄居4个阶段。其次介绍了海洋防污涂层的2种抗污机制,分别是利用物理法抑制生物污损在材料表面附着和利用化学法释放防污剂或是产生活性氧杀灭微生物,并对比和分析了2种抗污机制的差异及其局限性。进一步将海洋防污涂层的构筑策略分为协同抗污和仿生抗污这两大类,其中协同抗污策略包括利用复配防污剂来提升抗菌广谱性,降低耐药性,或是引入电、热、磁等外场干预来协同强化涂层抗污效果。仿生抗污策略则是师法自然,在材料表面构筑微纳米结构,赋予涂层超浸润、超润滑、动态自抛光等仿生学特性,从而实现涂层的高效抗污。此外,还可以在涂层中引入天然防污剂或合成其衍生物,以降低防污剂对生态环境的毒害作用。最后展望了涂层防污机制的研究方向,并提出了新一代防污涂层的设计思路。     

含氟两亲性聚合物刷构筑及防污应用研究进展

表面接枝聚合物刷是一种改善表面理化性质,防止蛋白质等生物大分子和其他污损生物吸附的有效方法。含氟聚合物由于其强疏水性、低表面能和低表面粘附力等特点,是构建两亲性聚合物刷的理想组分之一。本文概述了含氟两亲性聚合物刷的构筑方法、种类和防污机理,着重介绍了该类涂层在抗蛋白、抗菌、藻类以及其他污损生物吸附方面的最新研究成果,详细分析了含氟两亲性聚合物刷化学组成、表面重构和弹性模量等因素对微相分离行为以及防污性能的影响规律。亲疏水组分比例会对涂层的相分离行为产生影响,改变亲疏水组分比例可以形成不同尺度、不同形貌的相分离结构,进而影响涂层的防污性能。亲疏水组分的连接方式会影响涂层表面的重构行为,实现涂层亲疏水性能的转变,进而实现调控涂层表面的防污行为。从分子设计层面初步揭示了含氟两亲性聚合物刷的防污机理。最后指出构筑新型的多种防污机制协同作用的多功能化含氟两亲性聚合物刷,是未来两亲性聚合物涂层的主要发展方向。     

有机硅自润滑组分对自抛光涂层防污、减阻性能的影响

目的 制备一种兼具海洋防污和流体减阻功能的绿色海洋装备防护涂层。方法 将长链线型有机硅自润滑组分化学键合到自抛光黏结树脂中,与一定的无机填料复配,通过喷涂的方法制备了具有自润滑特性的自抛光防污减阻涂层。通过铅笔硬度测试、抗冲击测试、划格法附着力测试、涂层柔韧性测试、三维轮廓测试、表面接触角表征和固–液摩擦测试,分别评价了涂层的硬度、抗冲击性、附着力、黏弹性、表面粗糙度、表面润湿性能和自润滑特性,并通过抗蛋白和海藻黏附、海洋挂片试验和旋转流变仪分别表征了涂层的防污、流体减阻性能。结果 随着涂层黏结树脂中有机硅自润滑组分含量增多,涂层的硬度由2H变为4B,结合力由0级变为2级,涂层的抗冲击性能略有下降,接触角由65°上升至92°,涂层的表面粗糙度均小于500nm,但涂层的自润滑性质、防污性能和减阻性能却不断增强,摩擦因数（干磨）由0.119下降为0.075。当有机硅质量分数超过20%时,涂层的防海藻黏附效率达到97%,减阻率达到10%以上。海洋挂片进一步证明涂层具有优异的综合防护性能。结论 长链线型有机硅虽然一定程度上降低了涂层的硬度和附着力,但由于其特殊的性质,可在满足实际工况需求的前提...     

低表面能改性聚丙烯酸酯的合成及防污性能研究

目的制备环境友好型的海洋防污涂料,即低表面能海洋防污涂料。方法以含氟单体甲基丙烯酸十二氟庚酯(FMA)和含硅单体γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)为改性单体,以甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和丙烯酸丁酯(BA)为主要单体,通过自由基共聚合制得氟硅改性的聚丙烯酸酯树脂层,采用傅里叶红外光谱和差示扫描量热法,分别对改性聚丙烯酸酯树脂的化学结构和热性能进行了分析表征。通过对改性聚丙烯酸酯树脂涂层的扫描电子电镜(SEM)分析、接触角测试、表面能计算、附着力测试、耐酸碱测试,防污性能测试等,探讨了FMA和KH570含量对树脂涂层性能的影响。结果当FMA、KH570的含量分别为15%、10%时,树脂涂层的接触角达到112.0°,表面能低至18.425 m J/m~2,附着力达到1级,具有良好的防污性能。结论氟单体和硅单体单独参与共聚改性均具有降低聚丙烯酸酯树脂表面能的作用,而氟单体和硅单体共同改性聚丙烯酸酯对树脂涂层表面能的降低更显著,可作为一种很有潜力的海洋低表面能防污涂料。     

pH响应性聚合物抗菌涂层的制备及性能研究

目的 制备一种具有pH响应性的智能聚合物抗菌涂层,能按需实现涂层从防污到杀菌功能的转换.方法 以季铵盐甲基丙烯酰氧乙基二甲基辛烷基溴化铵(DMAEMA-8C)、对-(2-甲基丙烯氧乙氧基)苯甲醛(MAEBA)和甲基丙烯酸异辛酯(EHA)作为共聚单体,通过自由基聚合制备了一种季铵盐聚合物PMQE-CHO,并将其利用浸涂技术在不锈钢316L(SS)表面制备季铵盐聚合物涂层SS-PMQE-CHO.随后,使用PEG-NH2对季铵盐涂层SS-PMQE-CHO表面进行接枝改性,得到pH响应性聚合物涂层SS-PMQE-PEG.对涂层的基本性能进行了表征.通过大肠杆菌和荧光素偶联的牛血清白蛋白(FITC-BSA)的附着力测试,评估涂层的防污和抗菌性能.利用抗菌实验表征涂层在不同pH条件下的抗菌效果.进行体外细胞毒性分析和溶血试验,评估涂层的生物相容性.结果 涂层结构致密规整、机械性能优异,具有良好的生物相容性和低溶血率,并且可以有效地防止BSA和大肠杆菌的粘附.在菌液里培养10 h后,涂层SS-PMQE-PEG-30和SS-PMQE-PEG-40表面的细菌与SS表面的细菌相比,分别减少了94％和96％.此时,PEG显示出有效的防污作用.在菌液里培养24 h后,菌液的pH值降低.涂层SS-PMQE-PEG-30和SS-PMQE-PEG-40的功能从防污转化为杀菌,杀菌效率分别为93％和92％.即使是在PBS中浸泡两周后,涂层仍呈现出良好的功能转化性能.结论 在正常条件下,涂层SS-PMQE-PEG中的PEG可以有效抵抗蛋白质和细菌的粘附.当涂层附近的微环境变为弱酸性时,席夫碱键发生断裂,此时涂层底部的杀菌层暴露出来,以杀死细菌并抑制感染的发生.     

基于超疏水和卤代过氧化物酶活性协同防污的氧化铈纳米涂层研究

目的 将特定防污功能的纳米粒子引入到环氧复合涂料中,制备具有超疏水和卤代过氧化物酶活性协同防污的氧化铈纳米涂层。方法 以环氧树脂和羟基封端的聚二甲基硅氧烷为基质,球形氧化铈（CeO₂）纳米颗粒为填料,采用溶液共混的制备方式,通过空气喷涂法构建氧化铈超疏水纳米涂层。借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜、接触角测试仪等设备对涂层进行表征,并以典型海洋污损生物芽孢杆菌和三角褐指藻为研究对象分析涂层的防污性能。结果 当涂层中纳米氧化铈的质量分数为55%时,氧化铈纳米涂层具有超疏水特性,接触角达到153°,接触角滞后低至3°。在防污性能方面,相比于环氧复合涂层,超疏水氧化铈纳米涂层对三角褐指藻和芽孢杆菌的防污率分别为97.5%和97.3%。在存在过氧化氢和溴化铵的条件下,失去疏水性能的氧化铈涂层通过卤代过氧化物酶的活性减少了96.2%的三角褐指藻和96.8%的芽孢杆菌贴附。结论 该体系所构建的纳米涂层在初期可以利用其超疏水性能防污,后期利用其卤代过氧化物酶的活性防污,实现防污的长效性。     

不含铜类防污剂海洋防污涂料研制及性能

目的合成具有可控水解性能的丙烯酸锌基体树脂,用该树脂制备不含任何铜类防污剂的海洋防污涂料。方法两步法合成具有可控水解性能的丙烯酸锌基体树脂,用该基体树脂配以有机防污剂Econea、吡啶硫酮锌、吡啶三苯基硼烷等以及颜填料、助剂等制备不含任何铜类防污剂的自抛光海洋防污涂料。通过实海挂板试验、电化学阻抗性能测试、动态模拟试验对涂层进行表征。结果丙烯酸预聚物的数均分子量控制在30 000左右较为合适,即聚合反应温度控制在100℃、引发剂用量为8份时较为合适。采用自制的氢氧化锌、环烷酸以及丙烯酸预聚物制备的丙烯酸锌基体树脂具有良好的水解性能,制备的无铜自抛光防污涂料经36个月实海挂板试验验证,具有优异的防污期效。由于不含任何铜类防污剂,不会引起铝制基材表面电化学腐蚀,特别适用于铝制基材表面的防污。结论该不含任何铜类防污剂的环保型丙烯酸锌自抛光海洋防污涂料具有优异的防污性能,能够防止海洋附着生物对船底和其他海洋设施的污损,同时不会对海洋生态环境产生危害,特别是可以满足铝合金基材表面等对涂料有特殊要求的一些场合的防污需求。     

海洋细菌和舟形底栖硅藻在辣椒素防污涂层上的附着行为与机制

针对目前含辣椒素防污涂层抑菌、抑藻试验主要集中在如金黄色葡萄球菌等特定菌种的情况,为了考察含辣椒素防污涂层对海洋微生物的影响,选取大连黄海海域的天然海洋细菌和舟形底栖硅藻作为研究对象,通过对添加辣椒素海水饱和溶液（60 mg/L）的天然新鲜海水和舟形底栖硅藻进行培养,研究了辣椒素对海洋细菌和底栖硅藻生长活性的影响。通过海洋细菌附着试验、海洋细菌的分层取样试验和底栖硅藻的叶绿素a值测定,研究了辣椒素及辣椒素涂层对海洋细菌和舟形底栖硅藻的作用机制。结果表明,海水饱和溶液浓度的辣椒素并不会对海洋细菌和舟形底栖硅藻的生长活性造成影响;含辣椒素防污涂层能够通过辣椒素的驱避作用有效地抑制海洋细菌在涂层表面附着;而辣椒素对舟形底栖硅藻在涂层上的附着无抑制作用。     

Preparation of Fe<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>3</Subscript> nanoparticles by acoustic and hydrodynamic cavitation techniques and corrosion inhibition release studies using its nanocontainers

The present work deals with two parts, the first one deals with the synthesis of Fe₂O₃ nanoparticles using acoustic and hydrodynamic cavitation techniques and the second one deals with layer by layer (LBL) assembly of Fe₂O₃ nanocontainers by loading a corrosion inhibitor, benzotriazole, in polyelectrolyte layers. The nanoparticles obtained from both these techniques are used as a core in the preparation of nanocontainers. The morphology of the nanoparticles and nanocontainers was analyzed by TEM. The release rate and corrosion inhibition properties of nanocontainers were evaluated for various prepared samples. Electrochemical impedance test and corrosion inhibition performance of Fe₂O₃ nanocontainers dispersed in epoxy coating were also evaluated. The presence of nanocontainers in the epoxy resin decreases the corrosion rate from 7.6 to 0.05 mm/year.