【摘 要】
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海洋生物污损与设备表面覆冰是目前工程领域面临的两大难题,会导致重大经济损失甚至人员伤亡。为此,开发环保高效的防污涂层和抗冰涂层具有重要的意义。本文以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为亲水链段,聚二甲基硅氧烷（PDMS）和聚（1-（1H,1H,2H,2H-全氟癸氧基）-3-（3,6,9-三氧杂戊氧基）-丙烯酸丙二酯）（PFA）为疏水链段,合成出含氟两亲聚合物PVP-PFA-PDMS。基于此设计制备了两类含氟
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海洋生物污损与设备表面覆冰是目前工程领域面临的两大难题,会导致重大经济损失甚至人员伤亡。为此,开发环保高效的防污涂层和抗冰涂层具有重要的意义。本文以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为亲水链段,聚二甲基硅氧烷（PDMS）和聚（1-（1H,1H,2H,2H-全氟癸氧基）-3-（3,6,9-三氧杂戊氧基）-丙烯酸丙二酯）（PFA）为疏水链段,合成出含氟两亲聚合物PVP-PFA-PDMS。基于此设计制备了两类含氟两亲聚合物涂层,并分别系统研究了它们在海洋防污和表面抗冰领域的应用。主要研究内容如下:针对海洋生物污损的问题,本文首先基于新型含氟两亲聚合物PVP-PFAPDMS,以不同比例加入有机硅树脂PDMS中,加入交联剂和催化剂后,PVPPFA-PDMS嵌入PDMS交联网络中形成两亲涂层。其中,两亲聚合物中亲水的PVP链段赋予涂层亲水防污的性能;疏水的PDMS-PFA链段不仅可以提高聚合物与PDMS交联网络的相容性,还可以进一步降低涂层表面能、减小污损生物的附着力。防污实验测试结果表明涂层可高效抑制细菌和硅藻的粘附（抑制率＞96%）,且防污性能与PVP的含量成正比。同时,该涂层可显著降低模拟藤壶的附着力（降低＞84%）,表明该涂层具有良好的防污与污损释放能力。针对当前抗冰涂层制备条件苛刻、环境适应性差等问题,本文基于PVP-PFAPDMS嵌入PDMS交联网络的两亲涂层,加入具有光热效应的纳米碳纤维（NFs）制备了光响应型含氟两亲性抗冰涂层。由于亲水PVP链段可显著降低界面水的凝固点,因此该涂层可显著延长冰晶形成时间（为空白钢板表面的205倍）。此外,该涂层可有效降低冰粘附强度（～17.7 k Pa）,并具有良好的循环稳定性（50次结冰/除冰循环后性能不受影响）。NFs的加入使涂层具有良好的光热转化除冰效果,可实现光响应快速除冰。更为重要的是,涂层经受高温、液氮、酸碱冲刷、石英砂冲刷、砂纸摩擦、紫外线照射等多种极端条件后,表面形貌及抗冰性能均没有明显的变化,表明该涂层具有突出的环境适应性。综上,本文基于新型含氟两亲聚合物PVP-PFA-PDMS,开发了两类两亲聚合物涂层用于海洋生物污损防护与低温环境抗冰,具有良好的应用前景。
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