JMST | 广州海洋实验室等 pH / 酶双响应智能海洋涂层，解锁长效防腐防污新方案

2026-03-19 14:57:59 作者：广州海洋实验室来源：广州海洋实验室分享至：

海洋工程设备长期浸泡在海水中，不仅容易被海水腐蚀，还会遭遇海洋生物污损 —— 贝类、藻类等附着在设备表面，既降低航行和运行效率，又会加剧局部腐蚀，造成巨大经济损失。而传统海洋防污涂层多依赖铜基等有毒杀菌剂，易在海洋中积累，引发生态问题。

近日，一项发表于《Journal of Materials Science & Technology》的研究带来了新解决方案！研究团队研发出一款环境友好型智能海洋防护涂层，将 pH / 酶双响应微胶囊与改性氧化石墨烯巧妙结合，实现了长效防腐与精准智能防生物污损的双重功效，为绿色海洋防护技术发展提供了全新思路。

图1：微胶囊与改性氧化石墨烯的制备过程及作用机理示意图

这款涂层的核心亮点，在于两大 “黑科技” 组分的协同作用，让防护更智能、更环保、更持久。

一方面，研究团队以可生物降解的聚乳酸为基底，通过聚赖氨酸改性制备出pH / 酶双响应微胶囊，内部包裹着从海洋链霉菌中提取的天然防污剂丁烯内酯。这种防污剂低毒、易降解，对海洋生物几乎无生态危害，还能有效抑制藤壶、硅藻等主要污损生物的附着。更关键的是，微胶囊能 “感知” 海洋生物污损的早期信号：当污损生物开始附着并分泌酶、形成酸性微环境时，微胶囊会被触发，精准释放丁烯内酯，实现 “按需防污”，既提升了防污剂的利用效率，又避免了无差别释放造成的浪费。

图2：微胶囊的 pH 值与酶响应测试

另一方面，为了解决氧化石墨烯在涂层中易团聚、分散性差的问题，研究团队用硅烷偶联剂对其进行共价改性，还在其表面原位生长了二氧化铈纳米颗粒，制备出改性氧化石墨烯复合材料。这一改性让氧化石墨烯的分散性大幅提升，其二维片层结构能形成致密的物理屏障，阻挡海水、氯离子等腐蚀性介质侵入；而二氧化铈的氧化还原对能在金属表面形成稳定的钝化层，还能水解生成物质封堵涂层微孔，通过 “物理屏障 + 化学钝化” 双重作用，实现长效防腐。

图3：涂层性能与耐腐蚀性的表征

将这两种核心组分掺入无溶剂水性环氧树脂中，最终制备的复合涂层表现出优异的综合性能。实验表明，当添加 0.2% 的改性氧化石墨烯和 20% 的双响应微胶囊时，涂层性能达到最优：附着力较纯环氧树脂涂层大幅提升，30 天海水长期浸泡后，腐蚀电阻仍维持在高水平，腐蚀电流远低于传统涂层；对硫酸盐还原菌、硅藻等污损生物的抑制效果显著，硅藻表面覆盖率降至 0.124%，几乎实现无附着。