刚柔并济，广谱抗污！华南理工大学研发出高强韧“聚合物陶瓷”防污涂层
来源： 高分子科学前沿
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)。
图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。相关工作以“transparent polymer-ceramic hybrid antifouling coating with superior mechanical properties”为题发表在advanced functional materials。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。
图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。