固体润滑国家重点实验室（LSL）知识库

海洋生物污损是指海水中细菌、藻类、藤壶、贻贝等在人造表面发生不可控的黏附和增殖的现象。人类涉足海洋开始就伴随着生物污损的困扰。海洋生物污损涉及海上运输、油气开采、水产养殖、和核电站等众多与人类生活密切相关的领域。该现象的发生导致船舶的能效迅速降低，对生态环境带来众多不可逆的破坏，每年因生物污损造成的经济损失数目巨大。随着海上贸易的日益频繁和人类对海洋资源的开发和利用，自从2008年IMO (International Maritime Organization) 全面禁止有机锡类防污涂料的使用以后，世界各国对低（无）毒的高性能海洋防污材料的需求愈发强烈，发展广谱高效、长效稳定、绿色的防污技术势在必行，相关技术的研发和推广应用对国防和国民经济发展也具有重要的意义。 本论文系统介绍了生物污损发生的过程、危害以及海洋防污技术的现状和国内外研究进展，详细阐述了现有海洋防污技术的基本原理、优缺点，指出绿色环保、广谱高效、稳定长效、多机制协同的防污理念是未来海洋防污材料的发展态势。师法自然为海洋防污提供了有效途径，受细胞膜的磷脂分子可以有效预防血栓、猪笼草分泌超滑液体捕食昆虫、蚯蚓和海豚表皮分泌黏液保持自身表面皮肤的清洁等自然现象的启发，本论文制备了一系列无（低）毒仿生防污表面，并详细进行了防污表面化学组成、结构与性能的内在关系的研究，研究成果为发展低（无）毒、绿色长效的海洋防污技术提供理论支持的基础上，率先提出了具有工程应用价值的水性海洋防污技术。论文主要研究内容和结论如下： (1) 两性离子改性亲水聚乙烯醇缩丁醛 (PVB) 涂层。受细胞膜中磷脂分子可以防止血小板和蛋白质吸附现象的启发，首先合成一种两性离子化合物3-[[3-（三乙氧基硅基）-丙基]氨基]丙烷-1-磺酸 (TPAPS)，之后将其与机械性能优异的聚乙烯醇缩丁醛 (PVB) 进行缩合反应制备了TPAPS改性的亲水PVB涂层。系统研究了涂层润湿性、耐水性、抗蛋白吸附、抗海藻黏附性能，试验结果表明涂层表面的润湿性是决定亲水涂层防污性能的关键因素，PVB经TPAPS改性后具备很强的水化能力。当TPAPS含量为20%时，涂层可以同时具备优异的防污性能和机械性能，也可保持PVB基体的高透光性。这项研究在实现两性离子功能化亲水防污涂层制备基础上，为海洋监测设备的透镜污损防护提供了一种简便易行的制备方法。 (2) 基于线型长链有机硅的“类液体”涂层。受海洋中软珊瑚凭借表面大量的软触须和分泌黏液，猪笼草超滑表面可以维持自身长期清洁的启发，通过自由基聚合的方法将长链线型有机硅单体 (HPSM) 引入到无规共聚物中，成功制备了“类液体”光滑污损脱附型涂层。HPSM在室温下具备极低的玻璃化转变温度和很高的主链自由运动能力，因此HPSM的引入会使涂层的表面润湿性、表面形貌（粗糙度）、表面能、弹性模量等物理化学性质发生显著的改变。详细研究了这些物理化学性质和污损脱附性能之间的影响关系，阐明了决定污损脱附涂层防污能力的关键因素。研究结果表明该“类液体”光滑聚合物涂层表面具有良好的防污和减阻能力。该研究将HPSM锚固到聚合物分子链中避免了传统超滑液体注入型多孔表面 (SLIPS) 构筑微纳结构的繁琐过程和润滑剂损耗的问题，发展了一种绿色、高效的兼具海洋防污、减阻功能的聚合物涂层。 (3) 功能化纳米粒子增强的污损脱附型亲水互穿聚合物网络涂层。受鱼类、蚯蚓可以自分泌黏液来长期维持自身表面清洁的启发，本章巧妙地选择互穿聚合物网络为基体，引入分子功能化的防污纳米基元和润滑组分制备了兼具亲水抑制和污损脱附能力的自润滑互穿聚合物网络 (IPN)。论文详细研究了润滑组分含量对自润滑IPN的表面形貌、表面润湿性能、抗蛋白吸附能力、抗藻类黏附能力以及自分泌行为的影响。结果表明均匀分布的润滑组分可以随着IPN中氢键的可逆形成和破坏不断迁移到表面形成润滑膜，而润滑剂的持续渗出有利于防止污损生物的沉降和有助于它们在水流剪切作用下的脱附，这种动态表面具备优越的污损脱附能力；此外，功能化纳米粒子不仅可以增强自润滑IPN的机械性能和静态防污性能，还可以促进润滑组分的自分泌行为。这项研究有效改善了亲水性聚合物网络涂层污损脱附能力弱和机械性能差的问题，拓宽了亲水聚合物材料在海洋防污领域的应用。 (4) 多种防污机制协同的水性海洋防污涂层。基于前期对亲水抑制、污损脱附涂层和两种防污机制协同的仿生表面的研究，避开传统防污涂层使用毒性防污剂和有机溶剂的缺点，借鉴自抛光涂层稳定界面动态更新的优点，通过乳液聚合的方法制备了亲水抑制、动态脱附、防污剂释放等多种防污机制协同的水性自抛光涂层。详细研究了涂层组成（颜基比）和润湿性、抛光速率、离子释放速率、结合力、机械性能等关键因素和防污性能的关系。结果表明颜基比可以有效地调控水性涂层的抛光速率、离子释放速率和机械性能，进而实现优异的综合性能。海洋挂片试验进一步验证了水性涂层在真实海洋环境下广谱的防污性能和长效稳定性。该工作开发了一种绿色环保、广谱高效、长效稳定的海洋防污涂层，为下一代海洋防护技术的革新提供了必要的技术支撑。

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