海洋生物污损是指海洋生物在水下人工表面上的附着、积累和生长。由于生物污损，全球航运业每年额外承担超过150亿美元的燃料成本，并产生约3.84亿吨二氧化碳当量的额外排放。由于有机锡基防污涂料因其高致畸性而闻名，在2008年被国际海事组织（IMO）全面禁止使用。目前，使用氧化亚铜和硫氰酸亚铜作为主要防污剂的铜基涂料已主导市场，约占全球防污涂料市场份额的45.8%。然而，铜基涂料的生态风险不容忽视，它们会损害非目标海洋物种的关键生理功能。即使铜含量逐渐降低，即便处于微量水平，其存在也会继续对环境和生态造成重大破坏。因此，对开发环保型防污涂料以取代现有铜基涂料的需求日益增长。

目前，环保型防污涂层包括低表面能涂层、自抛光涂层和仿生涂层等。低表面能涂层不仅符合拜耳曲线，而且能有效减少海洋生物污损在表面的附着。自抛光涂层由无毒或低毒防污剂和可水解树脂制成，可水解树脂的主链或侧链在水解过程中分解并释放防污剂，从而提供防污性能。仿生涂层主要分为两类：一类是借鉴荷叶和鱼皮黏液等生物结构的仿生表面涂层；另一类是使用天然或生物基防污剂的生物组分涂层。这类涂层无需依赖重金属杀生物剂释放，仍能实现优异的防污性能，同时保持优异的环保性。然而，目前关于环保防污涂层的研究大多数集中在表面能、抗菌活性和防污性能方面，而对其机械性能和耐酸溶液、耐碱溶液和耐海水性能的关注不足。

聚氨酯（PU）因其高度可设计的分子结构、优异的耐环境性和可调的机械性能，在海洋保护领域具有广阔的应用前景。当与防污剂结合时，聚氨酯展现出优异的防污性能。在节肢动物的表皮中，携带蜡的蛋白质或疏水肽会在蛋白质网络中化学结合。这些成分可以与蜡分子相互作用，并在干燥空气等环境因素的影响下发生微相分离，从而向表皮表面定向迁移和富集，最终形成致密有序的表层蜡层。

近期，哈尔滨工程大学张智嘉团队受节肢动物表皮蜡迁移与富集过程的启发，成功开发了一种具有优异机械性能、抗菌、抗藻、防污性能的聚氨酯涂层。

首先通过Friedel-Crafts烷基化合成AMTHBA，随后使用乙烯基乙二醇进行改性，然后将其化学接枝到聚氨酯分子链上，获得PUA-x%涂层。

所制得的涂层具有优异的机械性能，拉伸强度最高可达15MPa，断裂伸长率为267.4%。即使在酸性溶液、碱性溶液和海水中浸泡28天后，该涂层的拉伸强度和断裂伸长率仍分别保持在9.36MPa和227.7%。该涂层能有效抑制细菌和藻类的长期附着，对大肠杆菌的抗菌效果从7天的81.3%提高到30天的97.3%，对金黄色葡萄球菌的抗菌效果从7天的97.7%提高到30天的99.2%。此外，该涂层通过非释放机制实现了抗菌和抗藻活性，避免了有害物质的析出。

本研究为开发智能、高效、可持续海洋防污涂料提供了一种新方法，具有广阔的应用前景。

示意图

(a)AMTHBA的反应方程式；(b)PUA-x%涂层的制备工艺。

防污机制

PUA-x%涂层的防污机制。

数据来源与出处

相关研究成果以“Arthropod cuticle-inspired microphase-separated polyurethane coating with antifouling properties”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。