海洋生物污染是指各種生物(包括細菌、藻類和藤壺)對潮濕表面的不良附著。長期浸泡在海水中海洋表面,如海上鉆井平臺、運輸管道和船舶,特別容易被海洋生物定植。結垢過程實際上是一個漸進過程。最初,細菌附著在涂層和蛋白質物質表面,促進“生物膜”的形成,有利于進一步的生物增殖。隨后,藻類和浮游生物等生物附著在這層生物膜上,導致膜表面的成分隨著時間的推移而發生變化??傊?,生物寄生蟲的存在導致污染水平逐漸增加。生物膜的形成是后續生物污染的關鍵步驟,也可能加劇表面腐蝕。當有機物在表面積聚時,會引起離子類型和濃度、氧含量和pH值的局部變化。該過程可以促進涂層的生物降解,增加液體電導率,并促進化學和電化學反應,這種腐蝕類型被稱為微生物腐蝕(MIC)。此外,海水的鹽度約為3.5%,是一種高腐蝕性介質,可以在海底表面引發化學和電化學反應。海洋腐蝕能夠在表面產生小裂縫,逐漸導致更廣泛的劣化,破壞結構完整性并引起嚴重的安全問題。因此,開發有效的海洋防腐防污涂層已成為當務之急。
美托咪定(MM)是一種市售藥物,以其鎮靜作用而知名,同時也是一種環保防污劑,可有效阻止藤壺和其他海洋生物在船體表面附著,顯著降低航行阻力,展現出優異的防污效果。環氧樹脂(EP)對多種基材具有很強的粘附性和優異的耐腐蝕性,但本身缺乏防污特性,容易受到微生物腐蝕的影響,從而降低其防腐效果。將防污劑加入EP涂層中可以減少海洋生物的附著,降低微生物腐蝕的風險。
首先設計并合成MM及其類似物—4-(1-(3,4-二甲基苯基)乙基)-1H-咪唑(MM-2),5-(1-苯乙基)-1H-咪唑(MM-3)和4-(1-(3,4-二氯苯基)乙基)-1H-咪唑(MM-4),然后將其與防腐環氧樹脂(EP)結合,制備出既防污又防腐的系列復合涂層。 在這些復合涂層中,EP/MM-4涂層表現最為出色。與EP/MM相比,EP/MM-4涂層對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制率分別提高了24.69%和39.28%,對海洋細菌費氏弧菌和隱秘小環藻的抑制率分別為91.93%和91.21%,并在第4天保持涂層的穩定性。值得注意的是,EP/MM-4涂層不僅具有良好的抗菌性和抗藻性,還能防止大型生物在海水中沉積長達90天,表現出長期的穩定性和優異的防污效果。MM-4的阻抗值保持在6500 Ω·cm2,表現出優異的防腐性能,24h內持續防腐效率為97.21%。因此,本研究為開發海洋防污防腐涂層提供了一種簡單且環保的新策略,在海洋和工業設施的實際應用中具有廣闊的前景。
防污防腐涂層分子設計
美托咪定合成路線
數據來源與出處 相關研究成果以“Fabrication of medetomidines/epoxy coatings for marine anticorrosion and antifouling”為標題發表在《Progress in Organic Coatings》上。
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