Advanced Functional Materials:刚柔并济,广谱抗污:高强韧“聚合物陶瓷”防污涂层

在海洋防污、生物医疗、柔性电子设备等领域,均面临一个共同的难题:生物污损。开发广谱抗污涂层成为近年来研究的重要方向。以往防污涂层体系通常含有重金属或有机杀生剂,给生态、环境带来不利影响。此外,它们还存在力学性能差的问题,无法满足一些特定场景的应用。例如,船用螺旋桨由于高冲刷,要求涂层具有高耐磨性;柔性电子设备由于频繁使用,对耐磨性、柔韧性提出了更高的要求。然而,开发高强韧、高透明、广谱抗污等多功能一体化的涂层极具挑战性。

最近,华南理工大学海洋工程材料团队基于环氧基抗污性锆团簇(刚性)和氨基超支化聚硅氧烷(柔性),制备了刚柔并济,广谱抗污的高强韧“聚合物陶瓷”防污涂层(图1)。

1. 高强韧“聚合物陶瓷”防污涂层制备路线图

该涂层通过上述两类功能单元表面的环氧和氨基发生交联反应制备,工艺简单,可调控性高,呈现出超高的透明度(>99.5% 透光率)。特别是,该体系中的锆团簇赋予涂层“类陶瓷”性质,使其具有优异的耐磨性、高硬度(7-9 H)以及粘附力;超支化聚硅氧烷赋予涂层“类聚合物”性质, 使其具有高柔性(弯曲直径≤10 mm),可以被弯曲成圆柱形10次以上而不开裂。同时,该体系中的两性离子组分赋予其优异的抗油、广谱抗菌能力,能有效抑制海洋细菌和常见致病菌如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的粘附和生长(图2)。

该工作巧妙地将刚、柔两类功能单元有机结合,通过两者结构的调控以及协同柔性聚合物链交联网络,从而将高强度和高韧性这两个相互排斥的关键特性融合在一起,成功制备了兼具高透明、高强韧、广谱抗污的新型防污涂层,有望在海洋防污、柔性电子设备等领域得到应用。相关工作发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202011145)。第一作者为该团队硕士生陈润泽,张广照教授和马春风教授为本文通讯作者。

2. 高强韧“聚合物陶瓷”防污涂层性能:a) 高透明性;b) 耐磨性;c) 柔性;d) 抗油性;e) 广谱抗菌性。

论文信息:

Transparent Polymer-Ceramic Hybrid Antifouling Coating with Superior Mechanical Properties

Runze Chen, Yunsheng Zhang, Qingyi Xie, Zixin Chen, Chunfeng Ma, Guangzhao Zhang

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202011145