智能型(pH响应)微胶囊及其海洋防污性能研究

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海洋环境中,污损生物的附着造成海洋工业设施的性能遭到严重破坏。针对这种现象,人们研发出了低表面能、无毒的防污涂料,目前已在高速游艇领域得到广泛应用。但是在低流速或静态环境下,这种涂料的应用受到很大限制。因此,防污剂仍然被广泛应用于海洋污损防护领域。为了降低防污剂对海洋生态环境的危害,研究人员开发了很多环境友好型防污剂。以防污剂作为主要防污成分的防污涂料,防污剂在实际使用过程中的快速释放,不仅对海洋环境造成很大的生态压力,而且由于无效释放而造成防污剂的浪费,使防污涂料的寿命显著缩短。为了延长防污涂料的使用寿命,控制防污剂的释放速率,微胶囊缓释技术被认为是一种可行的措施。对防污剂进行微胶囊化,可以使防污剂缓慢地释放到海水系统中;传统的微胶囊技术只能对防污剂起到缓释作用。为了使防污剂的释放更加具有针对性,本研究通过研究海洋污损生物的生活习性,发现细菌在形成生物膜时,其分泌的胞外聚合物会引起局部环境pH值的下降,结合海洋污损生物的此种特性,本研究制备了两种可以随外界环境pH值变化而改变释放速度的微胶囊,将其添加到自制的丙烯酸锌树脂中制备防污涂层,并研究涂层性能。(1)曲氯吡啶(Econea)微胶囊涂层。以壳聚糖和海藻酸钠为壁材,环境友好型防污剂2-(对氯苯基)-3-氰基-4-溴-5-三氟甲基吡咯(Econea)为芯材,通过复凝聚法制备具有pH响应效应的智能微胶囊。以制备的微胶囊作为主要防污成分制备防污涂层,对涂层的各项性能进行表征,实海挂板实验表明制备的微胶囊涂层具有优异的防污性能,相比于直接添加防污剂的涂层,微胶囊涂层可以保持更长时间的防污有效性。16S r RNA基因测序实验表明微胶囊的加入对海洋污损生物的多样性产生了影响,但未形成比较明显的规律。(2)正辛基异噻唑啉酮(DCOIT)微胶囊涂层。在Econea微胶囊的基础上,选择水溶性、力学性能、防污活性更好的壳聚糖季铵盐和海藻酸钠作为壁材,防污性能更好、应用场景更广泛的环境友好型防污剂4,5-二氯-2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮(DCOIT)作为芯材制备微胶囊。将制备的微胶囊与丙烯酸锌树脂混合,构建出具有微纳凸起结构与环境友好型防污剂相结合的防污涂层。对涂层的性能进行表征,结果表明和上述Econea微胶囊涂层相比,经过100天的实海挂板后,DCOIT微胶囊涂层表面附着的污损生物更少,16S r RNA基因测序实验表明,DCOIT微胶囊的加入使对细菌生产力贡献值最大的细菌(α-变形菌)的丰度不断减少,从而使涂层表现出更优异的防污性能。
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