华南理工大学AFM：污损生物防治新策略──自增强按需剥离海洋防污涂层

海洋生物污损 防治 是一个全球性难题，给海洋工业与海事活动带来严重影响。 使用防污涂层是目前最经济有效的防护措施 。 然而， 在热带、夏季等 高 污损 生物 压力下，涂层表面 易于 失效并 形成难以清除的生物 污垢 。 在 这种情况下，直接将涂层剥离是最简单有效的 ，但 大多数 防污 涂层底部与基材的粘接是永久性的，仅能通过复杂且耗时的物理方法（如机械打磨、喷砂）或化学方法（如酸、碱及溶剂处理）去除 。 此外， 以往 防污 涂层 的 不可剥离 性也 限制了它们在临时或短期防污领域（从几天到几个月）中的应用。例如，水下传感器 或 水下机器人等在短期服役结束后，表面 防污 涂层已无作用，但此时的涂层却难以清除，阻碍了设备表面的其它功能化。因此， 发展 高附 着力且可按需剥离的 防污 涂层将为海洋生物污损防治提供新的解决方案 。

然而 ，高附着 力 和可剥离 性往往 是相互矛盾的。 为实现涂层的可剥离，传统的方法主要是在涂层中加入可剥离助剂，使涂层的附着力远小于剥离力。该策略破坏了涂层与基材的界面相互作用，易导致防污涂层在海水冲刷环境下脱落。 为了 使涂层既可剥离又满足应用场景的 附着力 需求 ，要求涂层 具备较强的内聚力， 从而避免 其 在剥离过程中被破坏。 通过在 聚合物 网络中引入化学共价交联 是提高涂层内聚力的最有效方法，但 共价交联结构缺乏可逆性，限制了涂层的可回收性。 此外，现有 可剥离涂层忽视了表面防污功能化。 因此， 设计制备高附着、 按需剥离 、可回收 、高透明、高强韧的 海洋防污 涂层极具挑战性 （图1a） 。

华南理工大学海洋工程材料团队 长期致力于 海洋先进防护材料的基础与应用研究 。 近年来，该团队聚焦于新型 海洋 防污涂层 与技术 开展了大量工作 ， 先后制备了两性离子基聚硅氮烷防污涂层、柔性硬质聚硅氧烷防污涂层、功能梯度防污防腐涂层等 （ Adv. Mater. 2025 , 37, 2413035 ; Adv. Funct. Mater. 2025 , 2424994 ； Adv. Funct. Mater. 2025 , 35 ， 24 20562 ； Adv. Funct. Mater. 2024 , 34 ， 2408748 ； Adv. Funct. Mater. 2021 , 31, 2011145 ） 。 最近， 在前期工作基础上， 该团队 基于 模块化构筑策略 发展了一类兼 具 表面广谱 抗 污、基底高附着力 且按需剥离的 自增强 功能梯度涂层，同时该涂层还具有可回收、高强韧、高透明度等特性 （图1b） 。 在该体系中，巯基功能化 笼型 聚硅氧烷（POSS-SH, 模块1）和聚酯型聚氨酯预聚体（ NCO-PU , 模块2）为基本构筑模块。 其中， POSS-SH作为可逆自增强交联基元与NCO-PU形成动态共价交联，同时利用无机Si–O–Si内核增强材料的内聚强度，实现涂层的按需剥离及可回收。而聚酯型聚氨酯预聚体中的酯键和氨基甲酸酯键可保持本体高内聚强度同时与基材形成强氢键，实现涂层的高附着力。此外， 进一步 引入 的模块3即 反应性双亲聚合物（RAP） 可以在涂层固化过程中自富集到涂层表面， 同时 其反应性的异 氰酸酯末端可以与聚合物网络交联，从而使涂层表面展现出优异的抗蛋白、 抗 细菌 、抗硅 藻粘附以及抗生物膜性能 ， 并保持高透明度（透过率 ˃ 85%）、高强度（21.4−25.9 MPa）、高附着力（3.5−9.0 MPa）、按需剥离（1.5−5.5 N·cm-1）以及可回收性。

图1 . 自增 强 按需剥离 海洋 防污涂层 设计

图2 . 自增 强 按需剥离 海洋 防污涂层 结构与性能的关系

图 3 . 自增 强 按需剥离 海洋 防污涂层 高附着 力 与按需剥离原理分析

图4 . 自增 强 按需剥离 海洋 防污涂层 的 表面及本体性能

图 5 . 自增 强 按需剥离 海洋 防污涂层 的 广谱 抗污 性能

图 6 . 自增 强 按需剥离 海洋 防污涂层 的 可回收 性能

综上所述， 该工作巧妙地将 体型聚硅氧烷的自增强与反应性双亲聚合物的自富集特性相结合，并协同 模块化构筑 策略 ，成功制备了 一类 兼具表面广谱抗污，本体高强韧且可回收，基底高附着且按需剥离的 自增强 功能梯度 涂层。 该涂层 为解决海洋装备 的按需临时或持久防污 提供了全新解决方案，也为 新型 海洋 防污涂层的设计与制备提供了新思路。

相关工作以“ Self-Reinforcing Gradient Antifouling Coating with High Adhesion, On-Demand Peelability, and Superior Recyclability ”为题发表在《 Advanced Functional Materials 》上，华南理工大学博士生 张 振强 为本文 第一作者， 马春风 教授 为本文通讯作者。

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202508400

来源：高分子科学前沿

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