防污官能团改性聚天冬氨酸酯聚脲涂层的制备及其防污与耐磨性能研究
摘要
海洋生物污损是开发海洋资源过程中所需面对的一个难题，目前涂刷海洋防污涂料
是防治海洋生物污损最为经济有效的手段。防污涂料中研究较多的是自抛光涂层和污损
释放涂层，但是自抛光涂层的防污效果来自防污剂，对环境影响较大；污损释放型涂层
的静态防污能力差，机械性能低，极易受到破坏。而且随着各大港口要求清洁船底进入
的政策发布，开发防污性能和耐磨性能兼顾的涂层成为新的发展趋势。本文以聚天冬氨
酸酯聚脲为研究对象，通过防污剂固定化策略将2,4,6-氨基嘧啶、巯基苯并噻唑和1,2-
苯并异噻唑-3-酮（BIT）三种防污活性物质化学接枝到聚天冬氨酸酯聚脲树脂中，制备
防污官能团改性聚天冬氨酸酯聚脲涂层。对改性聚脲涂层的表面性能、机械性能和耐磨
性能进行研究，并采用抗硅藻粘附和抗贻贝附着实验评价涂层的防污性能。
以硅烷偶联剂KH560、2,4,6-三氨基嘧啶为原料，通过氨基-环氧开环反应制备了偶
联剂改性嘧啶（pd-560），以聚醚多元醇和异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）为原料制备异
氰酸酯基封端的预聚体。预聚体、pd-560和聚天冬氨酸酯NH1220发生固化反应后得到
嘧啶改性聚天冬氨酸酯聚脲（AMPU-x）。对AMPU-x进行接触角测试和表面形貌的表
征，发现改性嘧啶的引入使得涂层表面更加粗糙，同时接触角由于亲水的羟基含量增加
而表现出下降趋势。通过机械性能测试发现，改性嘧啶的加入可以改善涂层的硬度和附
着力，适量的加入也会提升其拉伸强度，但是大量加入会影响聚合物内部的结晶度，降
低涂层的拉伸强度。通过耐磨测试发现涂层的磨损量先减小后增大，最小磨损量为
0.0481g，其表面粗糙度和交联程度共同影响其耐磨性能。通过抗硅藻实验评价涂层的防
污性能，嘧啶的引入使得聚脲涂层的防污性能显著增加，其中AMPU2.5的性能最优，
对双眉藻的抑制附着率为93.71%，7天时抑制小新月藻附着率达到90.25%，但随着嘧
啶量的增加，涂层的抗硅藻附着率呈现下降趋势。
以二硫化二苯并噻唑、β-巯基乙醇为原料，利用二硫-巯基交换反应制备防污活性物
质2-巯基苯并噻唑（MBTS），并利用IPDI将其异氰酸酯功能化。将其引入聚醚预聚体
中，通过聚天冬氨酸酯NH1220固化后得到苯并噻唑改性聚天冬氨酸酯聚脲（MTGPU-x），
并以物理掺杂形式加入MBTS得到对比涂层MTBPU-x。由于单官能度防污剂的引入，
使得涂层的热稳定性和机械强度减弱，但其表面润湿性变化不大。耐磨实验表明MBTS
的引入使得聚合物中刚性部分增加，随着引入量的提高耐磨性出现升高趋势。MBTS的
引入使聚脲涂层获得优异的防污性能，随着引入量的提升其防污性能逐渐增强。
哈尔滨工程大学硕士学位论文
MTGPU9.5对双眉藻和小新月藻的抑制附着率分别为98.34%和96.35%。抗贻贝附着试
验表明MTGPU-x涂层对贻贝的附着有抑制效果，MTGPU9.5表面的足丝数相较于玻璃
片减少了73.24%。
通过异氰酸酯基和活泼氢的反应将1,2-苯并异噻唑-3-酮（BIT）接枝到氨基硅油链
段中，并制备成含BIT的异氰酸酯基封端的有机硅预聚体（PPCB），再和不同量的聚
醚多元醇预聚体复配后用聚天冬氨酸酯NH1220固化，得到BIT-氨基硅油改性聚天冬氨
酸酯聚脲涂层（STPU-x）。对改性涂层进行表面形貌和润湿性测试后发现涂层的疏水性
增大，表面能降低。有机硅链段的加入使得涂层机械性能下降，拉伸强度和附着力均被
减弱。耐磨实验发现PPCB的引入使得涂层表面更加光滑，耐磨性得到改善，但大量加
入使得涂层表面粗糙度上升，涂层的磨损量升高。防污试验发现STPU20的防污性能最
好，双眉藻和小新月藻抑制附着率分别为95.05%和98.47%，同时其对紫贻贝同样具有
抗附着效果，其表面的足丝数相较于玻璃片上减少了77%。
关键词：海洋防污；聚天冬氨酸酯聚脲；接枝改性；耐磨
防污官能团改性聚天冬氨酸酯聚脲涂层的制备及其防污与耐磨性能研究
ABSTRACT
Marinebiofoulingisachallengethatneedstobefac