海洋生物污染是指各種生物(包括細(xì)菌、藻類和藤壺)對(duì)潮濕表面的不良附著。長(zhǎng)期浸泡在海水中海洋表面,如海上鉆井平臺(tái)、運(yùn)輸管道和船舶,特別容易被海洋生物定植。結(jié)垢過程實(shí)際上是一個(gè)漸進(jìn)過程。最初,細(xì)菌附著在涂層和蛋白質(zhì)物質(zhì)表面,促進(jìn)“生物膜”的形成,有利于進(jìn)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(dǎo)致膜表面的成分隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化。總之,生物寄生蟲的存在導(dǎo)致污染水平逐漸增加。生物膜的形成是后續(xù)生物污染的關(guān)鍵步驟,也可能加劇表面腐蝕。當(dāng)有機(jī)物在表面積聚時(shí),會(huì)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(jìn)涂層的生物降解,增加液體電導(dǎo)率,并促進(jìn)化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng),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(zhì),可以在海底表面引發(fā)化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)。海洋腐蝕能夠在表面產(chǎn)生小裂縫,逐漸導(dǎo)致更廣泛的劣化,破壞結(jié)構(gòu)完整性并引起嚴(yán)重的安全問題。因此,開發(fā)有效的海洋防腐防污涂層已成為當(dāng)務(wù)之急。
美托咪定(MM)是一種市售藥物,以其鎮(zhèn)靜作用而知名,同時(shí)也是一種環(huán)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(xiàn)出優(yōu)異的防污效果。環(huán)氧樹脂(EP)對(duì)多種基材具有很強(qiáng)的粘附性和優(yōu)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(fēng)險(xiǎn)。
首先設(shè)計(jì)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(huán)氧樹脂(EP)結(jié)合,制備出既防污又防腐的系列復(fù)合涂層。 在這些復(fù)合涂層中,EP/MM-4涂層表現(xiàn)最為出色。與EP/MM相比,EP/MM-4涂層對(duì)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(duì)海洋細(xì)菌費(fèi)氏弧菌和隱秘小環(huán)藻的抑制率分別為91.93%和91.21%,并在第4天保持涂層的穩(wěn)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(zhǎng)達(dá)90天,表現(xiàn)出長(zhǎng)期的穩(wěn)定性和優(yōu)異的防污效果。MM-4的阻抗值保持在6500 Ω·cm2,表現(xiàn)出優(yōu)異的防腐性能,24h內(nèi)持續(xù)防腐效率為97.21%。因此,本研究為開發(fā)海洋防污防腐涂層提供了一種簡(jiǎn)單且環(huán)保的新策略,在海洋和工業(yè)設(shè)施的實(shí)際應(yīng)用中具有廣闊的前景。
防污防腐涂層分子設(shè)計(jì)
美托咪定合成路線
數(shù)據(jù)來源與出處 相關(guān)研究成果以“Fabrication of medetomidines/epoxy coatings for marine anticorrosion and antifouling”為標(biāo)題發(fā)表在《Progress in Organic Coatings》上。
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