一种高机械强度的海洋生物防污防腐蚀涂层材料

本发明涉及一种高机械强度的基于导电高分子的两亲性涂层，应用于海洋防污防腐领域。

背景技术：

1、海洋占地球表面积的70％以上，且蕴含着难以估量的资源，海洋已成为我国经济社会发展的必然选择和重要空间。然而，在开发利用海洋资源的过程中，船舶、海洋水上水下设施等在长期应用中普遍面临着海洋生物污损和海洋腐蚀的问题。污损生物在船体表面的积累会增加表面粗糙度，导致摩擦阻力和燃料消耗的增加。另外，水下设施还面临着腐蚀的问题，包括海水的腐蚀和微生物的腐蚀。海水是是一种腐蚀性物质，富含的氧气和离子会与金属表面发生电化学作用，从而发生腐蚀。微生物腐蚀是微生物在表面沉积引起溶解氧、氧化还原电位和ph值的局部变化，增强了微生物、介质和金属之间的化学/电化学反应，导致或加速对金属表面的腐蚀。同时，研究发现生物污损和海洋腐蚀之间相互促进。生物污损会促进金属基底的腐蚀，并且海洋腐蚀更容易发生在生物污损的粗糙表面。因此，开发设计性能优异的海洋防污防腐蚀涂层迫在眉睫。

2、近年来，两性离子聚合物通过形成致密的水化层，能够有效抑制生物污损和微生物腐蚀，已经取得了一定的研究进展，在海洋防污领域具有极大的潜力。中国专利cn107312122公开了多巴胺甲基丙烯酰胺单体(dma)和甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱单体(sb)的无规共聚成聚多巴胺甲基丙烯酰胺磺基甜菜碱(pdmasb)，表现出良好的防污性能。中国专利cn112194767公开了一种磺基甜菜碱功能化的苯并恶嗪树脂，含有两性离子基团的交联聚苯并恶嗪涂层具有良好的防污性能，降低了98％的蛋白质粘附。但是，两性离子聚合物所形成的超亲水表面会促进离子和海水的渗透，难以抵抗海水的腐蚀，加速对金属基底的腐蚀。另外，在腐蚀表面会进一步发生生物污损，因此亟需提高涂层的耐腐蚀性能。并且，由于两性离子聚合物的超亲水性导致其容易在水中溶解，自身的机械强度不足，同时受到水下恶劣环境的影响，使其防污作用失效。因而需要提高两性离子聚合物涂层的机械强度，从而使其维持长期的防污稳定性。因此，制备出一种具有长期防污稳定性的海洋防污防腐涂层成为了一个亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、为了解决现有的技术问题，本发明目的在于制备一种新的涂层以克服现有技术的不足，提供了一种新型的防污防腐涂层。本发明的防污防腐涂层是具有优异长期防污稳定性的海洋防污防腐涂层。大量研究表明，两性离子能够与水分子形成致密水化层，提供了物理和能量屏障，有效阻止蛋白质和微生物的粘附，作为抗生物污损材料具有巨大的潜力。为了解决金属基底受到腐蚀的问题，受到导电高分子特殊的电化学性能的启发，导电高分子能够起到屏障作用从而阻碍离子向基底渗入，同时其优异的传导电子和离子的能力能够促使表面电荷离域，避免形成局部阳极或阴极区域而产生局部腐蚀。以导电高分子为主链，化学修饰两性离子基团构建的聚合物，有望实现防污防腐蚀的效果。另外，针对涂层的防污稳定性不足，在导电高分子主链上修饰疏水基团，疏水基团能够增强涂层的机械性能，使得涂层在海洋环境中能够保持稳定，从而获得优异的长期防污稳定性。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种防污防腐导电高分子材料，具有能够抗蛋白质、微生物、细菌粘附的基团。

4、优选防污防腐导电高分子材料，具有提供机械强度的提高防污性能的疏水基团。

5、优选地，所述防污防腐导电高分子材料的导电聚合物结构通式(ⅰ)为：

6、

7、其中：

8、为中的任意一种；

9、-r1为中的任意一种，其中c为正整数，且1≤c≤10；

10、-r2为-c4h9、-c6h13、-c8h17、-c10h21、-c12h25、-c4f9、-c6f13、-c8f17、c10f21或-c12f25中的任意一种；

11、m，n为正整数，且0≤m≤5000，0≤n≤5000；

12、-l1-为-(ch2)x-、-(ch2)x-o-(ch2)y-、-(ch2)x-o-co-(ch2)y-、-(ch2)x-(ch2-ch2-o)y-、-(ch2)x-o-(ch2-ch2-o)y-、-o-(ch2)x-(ch2-ch2-o)y-或-o-(ch2)x-o-(ch2-ch2-o)y中的任意一种，其中，x，y为整数，且0≤x≤5，0≤y≤5；

13、-l2-为-(ch2)x-、-o-(ch2)x-、-c(o)-o-(ch2)x-、-c(o)-nh-(ch2)x-、-c(ch3)2-c(o)-o-(ch2)x-、-ch(ch3)-o-(ch2)x-、-s-ch2-ch2-o-(ch2)x-或-s-ch2-ch(ch3)-c(o)-o-(ch2)x-中的任意一种或多种，其中x为整数，且0≤x≤5；

14、优选地，考虑到原料制备方便，为中的任意一种。

15、优选地，-r1为中的任意一种，其中c为正整数，且1≤c≤5。

16、优选地，-r2为-c4h9、-c6h13、-c8h17、-c4f9、-c6f13、-c8f17中的任意一种。

17、优选地，所述结构通式(ⅰ)中m：n为10：100～10：100，m+n＝100。

18、优选地，考虑到亚烷基链长度对聚合物溶解性的影响，-l1-为-(ch2)x-、-(ch2)x-o-(ch2)y中的任意一种，其中，x，y为整数，且0≤x≤5，0≤y≤5；-l2-为-(ch2)x-、-o-(ch2)x-中的任意一种，其中x为整数，且0≤x≤5。

19、本发明通过共聚合两性离子基团改性导电高分子单体与疏水基团改性导电高分子单体，制备了一种具有一定机械强度、优异防污性能的两亲性导电高分子涂层，用途广泛，具有很高的应用前景。

20、本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

21、本发明的防污防腐导电高分子材料，将两性离子修饰导电高分子，使涂层能够抵抗蛋白质、硅藻、贻贝等海洋生物的粘附，并且起到了防腐蚀的效果；；通过在导电高分子主链上引入疏水性结构，能够提高涂层的机械强度，从而维持其长期防污稳定性，这对于其在海洋中的应用是至关重要的。

技术特征：

1.一种防污防腐的导电高分子材料，其特征在于具有亲水基团和疏水基团的无规共聚物，该聚合物的结构通式(ⅰ)为：。

2.根据权利要求1所述的一种聚合物，考虑到原料制备方便，为中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种聚合物，-r1为中的任意一种，其中c为正整数，且1≤c≤5。

4.根据权利要求1所述的一种聚合物，-r2为-c4h9、-c6h13、-c8h17、-c4f9、-c6f13、-c8f17中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种聚合物，所述结构通式(ⅰ)中m：n为10：100～100：10，m+n＝100。

6.根据权利要求ⅰ所述的一种聚合物，考虑到亚烷基链长度对聚合物溶解性的影响，-l1-为-(ch2)x-、-(ch2)x-o-(ch2)y中的任意一种，其中，x，y为整数，且0≤x≤5，0≤y≤5；-l2-为-(ch2)x-、-o-(ch2)x-中的任意一种，其中x为整数，且0≤x≤5。

技术总结
本发明公开了一种高机械强度的海洋生物防污防腐蚀涂层材料，由不同的含疏水基团的导电单体和含两性离子基团的导电单体共聚组成。本发明的防腐防污导电高分子涂层是利用两性离子良好的抗蛋白和微生物粘附的特性，结合导电高分子优异的防腐性能，将两性离子修饰导电高分子，实现防污防腐蚀的效果。同时，在导电高分子主链上修饰疏水基团，疏水基团能够增强涂层的机械性能，使得涂层在海洋环境中能够保持稳定，从而获得优异的长期防污稳定性。所制备的涂层兼具机械强度和防污防腐蚀性能。本发明涂层用途广泛，具有很高的应用前景，适用于实际生产。

技术研发人员：朱波,张维儿,耿志
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16