新型高强度高化学稳定性离子型水凝胶防污材料的开发研究

The application of antifouling coating proves to be an effective and convenient method for the prevention of marine fouling. Among the antifouling coating materials reported, ionic hydrogels have embraced increasing interest. However, as these hydrogels are rich in ionic groups with high water content, their practical applications are often highly limited by their poor mechanical performance and low chemical stability. In this project, we propose to overcome these drawbacks by developing a serial of novel ionic hydrogels with modified chemical structures. After increasing of polymer chain rigidity, introducing of physical interaction among polymer chains, and removing degradable groups, these hydrogels are expected to exhibit excellent mechanical property and high stability. Hydrogels with two types of structure-modified ionic polymers will be fabricated. Their mechanical performance, antifouling property and chemical stability will be symmetrically investigated to explore ideal antifouling coatings materials. We expect this project will establish an effective platform for the development of antifouling coating materials, which will meet the demands of antifouling performance, mechanical property, and chemical stability.

在现有的海洋涂层材料中，离子型水凝胶材料防污效果显著，但其机械性能差，化学稳定性较低，难以实际应用。针对以上问题，本项目拟从离子型水凝胶材料的分子设计角度入手，向其高分子结构中引入限制分子链运动的刚性疏水侧基，去除易降解的官能团，设计开发新型防污材料。其中，刚性疏水侧基的引入可以有效限制高分子链段的运动，同时增加高分子链间物理相互作用力，从而赋予材料优异的强度；易降解官能团的去除可以避免材料的化学结构变化，从而保证材料出色的化学稳定性。按照以上方法，本项目将首先设计合成两类新型离子型单体，并将基于改性后的单体制备新型离子型水凝胶材料，并对其机械性能、防污效果和化学稳定性进行系统考察。此类新型水凝胶材料有望在维持优越的防污效果的同时，展现出高机械强度和高化学稳定性，满足实际应用的需要。

海洋污损严重地影响海洋工业及海事活动，造成沉重的经济、环境和安全负担，是一个亟待解决的卡脖子问题。水凝胶作为一类粘附性低、环境友好的新型软物质材料，近年来在海洋防污领域受到广泛关注。本项目以高强度高化学稳定性的海洋防污水凝胶为研究中心，开发了一系列具有高强度高化学稳定的水凝胶，同时开发了具有施工可能的涂层制备方式，达到了良好的防污效果。同时，将研究内容扩展至高强度高化学稳定性的有机凝胶之中，验证策略的普适性，得到了具有海洋防污应用潜力的多种水凝胶和有机凝胶。具体而言，通过开发高强度智能玻璃态水凝胶和离子敏感性结晶水凝胶的策略，大幅提高凝胶的机械性能，且赋予其可调的模量；通过结晶类高分子与基底原位加热形成强粘附的策略，制备了具有良好粘附性和防污性的水凝胶，并赋予其可回收利用和可涂覆的特性；同时，将研究策略扩展到有机凝胶的范畴，开发了多种具有良好稳定海洋防污特性的有机凝胶材料。本项目的研究成果为开发具有实际应用潜力的海洋防污凝胶材料提供了有利条件。.在项目的支持下，项目主持人及其团队共发表高水平论文15篇，均为SCI收录，其中中科院一区论文7篇，影响因子超过10的文章4篇；申请中国发明专利4项，授权2项；培养研究生3名，完成项目的既定目标。