CN115521709B - 一种防生物污损涂层及其制备方法和应用 - Google Patents

一种防生物污损涂层及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防生物污损涂层及其制备方法和应用，该防生物污损涂层采用以下制备方法制得：包括以下步骤：S1：对二氧化钛涂层进行羟基活化及表面纳米化处理后再依次与盐酸多巴胺、胱胺二盐酸盐、二硫苏糖醇反应；S2：在光照下与光引发剂和乙烯基封端聚二甲基硅氧烷混合反应，制得所述防生物污损涂层。本发明中的制备方法通过对二氧化钛涂层表面进行羟基活化及表面纳米化处理，处理方法简单，可以增强盐酸多巴胺与基材的结合强度。该制备方法绿色环保、可以实现高效的聚合反应。采用本发明中的制备方法制备的防生物污损涂层可以降低海洋中的微生物的覆盖率，同时具有疏水性，避免海水中的污物和微生物等的附着，具有防止生物污损的效果。

Description

一种防生物污损涂层及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种防生物污损涂层及其制备方法和应用。
背景技术
海洋生物污损的产生对海洋工业具有极为严重的危害，其不仅会造成海洋工程装备服役性能的下降，甚至还会造成装备损坏等严重影响。钛金属具有良好的生物相容性，是海洋生物理想的栖息之地，这导致了钛金属在海洋工程应用中容易形成严重的生物污损问题。开发高效的针对钛金属表面海洋生物防护涂层，对于实现海洋工程设施中钛金属海洋装备的长寿命化具有非常重要意义。
目前，涂装防海洋生物污损的涂料是一种主要的商用防污途径，但是防污涂料会释放大量有毒或者重金属防污剂，威胁海洋生态，甚至人类生命健康。常见的一类绿色环保的替代涂料涂层的方法是在基材表面通过微纳结构制备超疏水等涂层进行防污，但是超疏水涂层由于在水环境中应用稳定性和耐久性差，导致其无法长期有效防止生物污损。此外，这类有毒涂料或者低表面能涂层所形成的防污涂层均是在固体的表面。随着生物污损形成时间的推移，海洋污损生物会牢固的附着在这种固体表面从而形成永久的生物污损。另一类替代涂料涂层的方法就是在基材表面构筑一种动态(或流动)的防生物污损涂层，目前已应用的这类涂层技术为有机硅防污脱附涂层，这类涂层首先利用化学氧化、辐射接枝、等离子体等方法在基材表面进行活化，然后利用如高温反应、气相沉积等方法接枝功能单体。但这类动态防生物污损涂层的制备方法存在损伤基材、污染环境、不经济、接枝效率低及制造条件苛刻等缺点。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种防生物污损涂层的制备方法。
本发明的目的之二在于提供一种防生物污损涂层。
本发明的目的之三在于提供一种防生物污损涂层在海洋设备、航空设备、生物医学设备、陆运交通设备或文体用品中的应用
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
本发明的第一个方面在于提供一种防生物污损涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1：对二氧化钛涂层进行羟基活化及表面纳米化处理后再依次与盐酸多巴胺、胱胺二盐酸盐、二硫苏糖醇反应；
S2：在光照下与光引发剂和乙烯基封端聚二甲基硅氧烷混合反应，制得所述防生物污损涂层。
本发明步骤S1中首先通过对二氧化钛涂层进行羟基活化及表面纳米化处理，使二氧化钛涂层表面羟基活化，此时，盐酸多巴胺中的酚羟基或氨基官能团与活化的二氧化钛涂层表面的羟基进行反应，然后胱胺二盐酸盐与盐酸多巴胺中苯环结构反应得到具有硫硫键(-S-S-)的聚合物结构，然后经过二硫苏糖醇反应将硫硫键(-S-S-)转换成具有巯基(-SH)的表面，巯基(-SH)可以与步骤S2中的乙烯基封端聚二甲基硅氧烷反应，使乙烯基封端聚二甲基硅氧烷接枝到二氧化钛表面。本发明中的制备方法实现了在二氧化钛涂层上接枝功能化的聚二甲基硅氧烷从而形成防生物污损涂层，在制备防生物污损涂层中，先对钛涂层进行羟基活化及表面纳米化处理，然后再通过盐酸多巴胺功能化后，依次与胱胺二盐酸盐，二硫苏糖醇反应，再将含有巯基的聚多巴胺修饰的基材，通过紫外光引发与乙烯基封端聚二甲基硅氧烷分子接枝反应，得到牢固、耐久性的线性刷状的含端烯烃的可调控功能化防生物污损涂层。具体地，即巯基官能团与烯烃双键反应形成碳硫键(-C-S-)从而将乙烯基封端聚二甲基硅氧烷分子接枝到对钛合金进行氧化反应处理，表面形成的二氧化钛涂层表面。
优选地，所述羟基活化及表面纳米化处理的步骤为：将二氧化钛涂层使用溶剂清洗5～10min；或，将二氧化钛涂层采用氧气等离子体处理10～30min；或，将二氧化钛涂层与碱液水热反应2～4h。本发明中的羟基活化及表面纳米化处理可以有效增强盐酸多巴胺与二氧化钛涂层基材的结合强度，活化方法更加简单。
优选地，所述将二氧化钛涂层使用溶剂清洗5～10min的步骤具体为：将二氧化钛涂层依次使用丙酮、甲苯、异丙醇清洗5～10min，使二氧化钛涂层表面的羟基暴露出来，以便与盐酸多巴胺、胱胺二盐酸盐、二硫苏糖醇等发生反应。
优选地，所述将二氧化钛涂层与碱液水热反应2～4h步骤中的碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
优选地，所述盐酸多巴胺、胱胺二盐酸盐和二硫苏糖醇的质量比为20：(500～600)：(50～100)；进一步优选地，所述盐酸多巴胺、胱胺二盐酸盐和二硫苏糖醇的质量比为20：(550～600)：(60～90)；再进一步优选地，所述盐酸多巴胺、胱胺二盐酸盐和二硫苏糖醇的质量比为20：(550～570)：(60～80)；更优选地，所述盐酸多巴胺、胱胺二盐酸盐和二硫苏糖醇的质量比为20：560：77。
优选地，所述步骤S1中所使用的盐酸多巴胺、胱胺二盐酸盐和二硫苏糖醇均为溶液。
优选地，所述盐酸多巴胺溶液为浓度为1～5mg/L的盐酸多巴胺的Tris溶液。
优选地，所述胱胺二盐酸盐溶液为浓度为0.2～0.3mol/L的胱胺二盐酸盐Tris溶液。
优选地，所述二硫苏糖醇溶液为浓度为0.01～0.1mol/L的二硫苏糖醇水溶液。
优选地，所述二氧化钛涂层是在钛合金基材表面通过氧化反应所形成的。
优选地，所述氧化反应为微弧氧化法、阳极氧化法、电沉积法或热氧化法；进一步优选地，所述氧化反应为微弧氧化法。在钛合金基材表面用微弧氧化法等氧化方法制备的二氧化钛层，制备方法简单，对钛合金基材起到很好的耐蚀耐磨作用。
优选地，所述钛合金基材在使用前需要依次用丙酮、乙醇、水清洗。
优选地，所述水为去离子水。
优选地，所述步骤S1中，二氧化钛涂层与盐酸多巴胺反应的时间为8～36h；进一步优选地，所述步骤S1中，二氧化钛涂层与盐酸多巴胺反应的时间为10～30h。
优选地，所述步骤S1中，二氧化钛涂层与胱胺二盐酸盐的反应时间为8～36h；进一步优选地，所述步骤S1中，二氧化钛涂层与胱胺二盐酸盐的反应时间为10～30h。
优选地，所述步骤S1中，二氧化钛涂层与二硫苏糖醇的反应时间为0.5～3h；进一步优选地，所述步骤S1中，二氧化钛涂层与二硫苏糖醇的反应时间为0.5～1.5h。
优选地，所述步骤S2还包括加入反应溶剂的步骤，所述反应溶剂为丙酮、甲苯、异丙醇中的至少一种。
优选地，所述步骤S2中，乙烯基封端聚二甲基硅氧烷与溶剂的质量体积比为1:(0.5～15)；进一步优选地，所述步骤S2中，乙烯基封端聚二甲基硅氧烷与溶剂的质量体积比为1:(1～10)。
优选地，所述制备方法还包括步骤S3；步骤S3具体为：将步骤S2中制得的涂层与光引发剂和1,6-己二硫醇在光照下反应，然后再与光引发剂和乙烯基封端聚二甲基硅氧烷在光照下混合反应。具体地，乙烯基封端聚二甲基硅氧烷分子中的烯烃(C＝C)官能团与1,6-己二硫醇(HS-(CH2)6-SH)中一个巯基反应形成具有巯基的二氧化钛涂层表面，然后在与乙烯基封端聚二甲基硅氧烷分子中的烯烃(C＝C)官能团反应形成具有烯烃((C＝C))的功能表面，如此可以进行多次接枝反应。
优选地，所述光引发剂选自2-羟基-2-甲基苯丙酮、安息香二甲醚中的至少一种。
优选地，所述光引发剂与乙烯基封端聚二甲基硅氧烷的质量比为1：(25～100)。
优选地，所述乙烯基封端聚二甲基硅氧烷的相对分子量为1000～28000。
优选地，所述乙烯基封端聚二甲基硅氧烷包括线性乙烯基封端聚二甲基硅氧烷或全乙烯基封端聚二甲基硅氧烷。其中，线性乙烯基封端聚二甲基硅氧烷的结构式如下：
Figure BDA0003869542860000041
全乙烯基封端聚二甲基硅氧烷的结构式如下：
Figure BDA0003869542860000042
线性乙烯基封端聚二甲基硅氧烷中两端的双键均能与巯基反应，先使二氧化钛涂层表面的巯基与线性乙烯基封端聚二甲基硅氧烷中一端的双键反应，线性乙烯基封端聚二甲基硅氧烷另一端的双键再通过1,6-己二硫醇与线性乙烯基封端聚二甲基硅氧烷反应，从而实现在二氧化钛涂层表面接枝两层以上的线性乙烯基封端聚二甲基硅氧烷。
优选地，所述光照为紫外光照射；所述紫外光照射的光照强度为10～100W，波长为365nm，光照时间为0.5～1h。
本发明的第二个方面在于提供一种防生物污损涂层，采用本发明第一个方面提供的制备方法制得；所述防生物污损涂层的水接触角大于100°。
本发明的第三个方面在于提供本发明第二个方面提供的防生物污损涂层在海洋设备、航空设备、生物医学设备、陆运交通设备或文体用品中的应用。当空气中存在污染物或者漂浮的微生物时，也会对航空设备、生物医学设备、陆运交通设备或文体用品的表面产生附着，从而导致航空设备、生物医学设备、陆运交通设备或文体用品表面涂层的损毁，因此，为了延长航空设备、生物医学设备、陆运交通设备或文体用品的使用寿命，也可以在这些产品表面制备本发明中的防生物污损涂层。
本发明的有益效果是：本发明中的制备方法通过对二氧化钛涂层表面进行羟基活化及表面纳米化处理，处理方法简单，可以增强盐酸多巴胺与基材的结合强度，然后使羟基活化及表面纳米化处理后的二氧化钛涂层与盐酸多巴胺、胱胺二盐酸盐、二硫苏糖醇反应，再通过光引发使聚二甲基硅氧烷接枝在二氧化钛涂层表面，制备方法绿色环保、可以实现高效的聚合反应。采用本发明中的制备方法制备的防生物污损涂层可以降低海洋中的微生物的覆盖率，同时具有疏水性，避免海水中的污物和微生物等的附着，具有防止生物污损的效果。
此外，本发明中的接枝在二氧化钛涂层表面的聚二甲基硅氧烷自由端为烯烃，可以与后续其他含有巯基、烯烃等功能单体继续聚合，从而实现多功能和不同长度聚二甲基硅氧烷刷状防生物污损涂层的制备。
另外，本发明通过对钛合金基材进行微弧氧化等氧化方法从而在钛合金基材上形成二氧化钛涂层，制备方法简单，对钛合金基材起到很好的耐腐蚀耐磨损的作用，可以避免传统制备方法对基材的损坏。
附图说明
图1为本发明实施例1步骤(2)处理后的试样的表面形貌图。
图2为本发明实施例1步骤(5)处理后的试样的表面形貌图。
图3为本发明实施例1中的防生物污损涂层的制备流程示意图。
图4为本发明实施例3中的防生物污损涂层的结构示意图。
图5为TA2样品、实施例1和实施例3中制得的防生物污损涂层的水接触角测试图。
图6为TA2样品、实施例1和对比例1～4中制得的涂层的防海洋生物污损性能测试图。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步详细说明，但本发明的实施和保护不限于此。需要指出的是，以下若为有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。
实施例1
本例中的防生物污损涂层采用以下制备方法制得，具体包括以下步骤：
(1)将钛合金基材依次用丙酮、乙醇、去离子水清洗，然后利用微弧氧化反应进行表面耐蚀耐磨二氧化钛涂层的制备；
(2)将步骤(1)中的试样与4％的氢氧化钠水溶液混合然后在40℃下反应4h进行碱性水热反应；将试样取出测试试样的表面形貌，其表面形貌图如图1所示；
(3)将步骤(2)中的试样放入含2mg/L盐酸多巴胺的50mmol/L的Tris溶液(三羟甲基氨基甲烷溶液，pH＝8.5)中反应24h；
(4)将步骤(3)中的试样室温干燥，然后放入含0.25mol/L的胱胺二盐酸盐的50mmol/L的Tris溶液(pH＝8.5)中反应24h；
(5)将步骤(4)中的试样室温干燥，然后放入0.05mol/L二硫苏糖醇水溶液中反应2h。将试样取出测试试样的表面形貌，其表面形貌图如图2所示，通过对比图1和图2可知，羟基活化及表面纳米化处理后的二氧化钛涂层与盐酸多巴胺、胱胺二盐酸盐和二硫苏糖醇反应后，在二氧化钛涂层的光滑多孔表面出现了许多颗粒物质，表明巯基功能化多巴胺成功在钛合金微弧氧化法形成的二氧化钛表面形成；
(6)将步骤(5)中的试样室温干燥，然后放入含有3mL甲苯溶剂的反应器皿中，并加入安息香二甲醚(DMPA)与乙烯基封端聚二甲基硅氧烷(MW＝2000)，安息香二甲醚和乙烯基封端聚二甲基硅氧烷的质量比为1:50(w/w)，在100W的紫外光照下反应30min，然后取出样品洗去未反应物质，干燥，得到本例中的防生物污损涂层，记为为g1，该防生物污损涂层中的钛合金表面接枝聚合硅氧烷形成防污涂层。
本例中的防生物污损涂层的制备流程图如图3所示。
实施例2
本例中的防生物污损涂层采用以下制备方法制得，具体包括以下步骤：
(1)将钛合金基材依次用丙酮、乙醇、去离子水清洗，然后利用微弧氧化反应进行表面耐蚀耐磨二氧化钛涂层的制备；
(2)将步骤(1)中的试样与4％的氢氧化钠水溶液混合然后在40℃下反应4h进行碱性水热反应；
(3)将步骤(2)中的试样放入含2mg/L盐酸多巴胺的50mmol/L Tris溶液(pH＝8.5)中反应24h；
(4)将步骤(3)中的试样室温干燥，然后放入含0.25mol/L胱胺二盐酸盐的50mmol/L Tris溶液(pH＝8.5)中反应24h；
(5)将步骤(4)中的试样室温干燥，然后放入0.05mol/L二硫苏糖醇水溶液中反应2h；
(6)将步骤(5)中的试样室温干燥，然后放入含有3mL甲苯溶剂的反应器皿中，并加入安息香二甲醚(DMPA)与乙烯基封端聚二甲基硅氧烷(MW＝28000)，安息香二甲醚(DMPA)与乙烯基封端聚二甲基硅氧烷的质量比为1:50(w/w)，在100W紫外光照下反应30min，然后取出样品洗去未反应物质，并干燥，得到本例中的防生物污损涂层，该防生物污损涂层中的钛合金表面接枝聚合硅氧烷形成防污涂层。
实施例3
本例中的防生物污损涂层采用以下制备方法制得，具体包括以下步骤：
(1)将钛合金基材依次用丙酮、乙醇、去离子水清洗，然后利用微弧氧化反应进行表面耐蚀耐磨二氧化钛涂层的制备；
(2)将步骤(1)中的试样与4％的氢氧化钠水溶液混合然后在40℃下反应4h进行碱性水热反应；
(3)将步骤(2)中的试样放入含2mg/L盐酸多巴胺的50mmol/L Tris溶液(pH＝8.5)中反应24h；
(4)将步骤(3)中的试样室温干燥，然后放入含0.25mol/L胱胺二盐酸盐的50mmol/LTris溶液(pH＝8.5)中反应24h；
(5)将步骤(4)中的试样室温干燥，然后放入0.05mol/L二硫苏糖醇水溶液中反应2h；实现在二氧化钛涂层上接枝上巯基功能化的多巴胺；
(6)将步骤(5)中的试样室温干燥，然后放入含有3mL甲苯溶剂的反应器皿中，并加入安息香二甲醚(DMPA)与乙烯基封端聚二甲基硅氧烷(MW＝2000)，安息香二甲醚与乙烯基封端聚二甲基硅氧烷的质量比为1:50(w/w)，在100W紫外光照下反应30min，然后取出样品洗去未反应物质，并干燥，得到钛合金表面接枝聚合硅氧烷的防污涂层；
(7)将步骤(6)中的试样放入含有3mL甲苯溶剂的反应器皿中，并加入安息香二甲醚(DMPA)与1,6-己二硫醇，安息香二甲醚(DMPA)与1,6-己二硫醇的质量比为1:50(w/w)，在100W紫外光照下反应30min，然后取出样品洗去未反应物质，并干燥；
(8)将步骤(7)中的试样室温干燥，然后放入含有3mL甲苯溶剂的反应器皿中，并加入安息香二甲醚(DMPA)与乙烯基封端聚二甲基硅氧烷(MW＝2000)，安息香二甲醚与乙烯基封端聚二甲基硅氧烷的质量比为1:50(w/w)，在100W紫外光照下反应30min，然后取出样品洗去未反应物质，并干燥，得到本例中的防生物污损涂层，本例中的防生物污损涂层中的钛合金表面二倍接枝聚合硅氧烷从而形成防污涂层，记为g2。
本例中的防生物污损涂层的结构示意图如图4所示，其中，图4中的①为巯基功能化的多巴胺，②为1,6-己二硫醇，③为聚二甲基硅氧烷。
对比例1
本例中的涂层采用以下制备方法制得，具体包括以下步骤：
(1)将钛合金基材依次用丙酮、乙醇、去离子水清洗，然后利用微弧氧化反应进行表面耐蚀耐磨二氧化钛涂层制备；
(2)将步骤(1)中的试样与4％的氢氧化钠水溶液混合然后在40℃下反应4h进行碱性水热反应；得到本例中的涂层，记为PPS。
对比例2
本例中的涂层采用以下制备方法制得，具体包括以下步骤：
(1)将钛合金基材依次用丙酮、乙醇、去离子水清洗，然后利用微弧氧化反应进行表面耐蚀耐磨二氧化钛涂层制备；
(2)将步骤(1)中的试样与4％的氢氧化钠水溶液混合然后在40℃下反应4h进行碱性水热反应；
(3)将步骤(2)中的试样放入含2mg/L盐酸多巴胺的50mmol/L的Tris溶液(pH＝8.5)中反应24h，得到本例中的涂层，记为PPS-PDA。
对比例3
本例中的涂层采用以下制备方法制得，具体包括以下步骤：
(1)将钛合金基材依次用丙酮、乙醇、去离子水清洗，然后利用微弧氧化反应进行表面耐蚀耐磨二氧化钛涂层的制备；
(2)将步骤(1)中的试样与4％的氢氧化钠水溶液混合然后在40℃下反应4h进行碱性水热反应；
(3)将步骤(2)中的试样放入含2mg/L盐酸多巴胺的50mmol/L的Tris溶液(pH＝8.5)中反应24h；
(4)将步骤(3)中的试样室温干燥，然后放入含0.25mol/L胱胺二盐酸盐的50mmol/L Tris溶液(pH＝8.5)中反应24h；
(5)将步骤(4)中的试样室温干燥，然后放入0.05mol/L二硫苏糖醇水溶液中反应2h,得到本例中的涂层，记为PPS-PDA-SH。
对比例4
本例中的涂层采用以下制备方法制得，具体包括以下步骤：
(1)交联PDMS(聚二甲基硅氧烷)制备：将道康宁sylgard 184有机硅弹性体和交联剂以质量比10：1混合，在真空下脱气1小时，得到混合溶液；
(2)将步骤(1)中的混合溶液倒入模具中的微弧氧化钛片上，在真空下再进行30分钟的脱气后，然后在100℃下固化1小时，得到本例中的涂层，记为PDMS。
本例中的PDMS交联的聚二甲基硅氧烷，制得的PDMS涂层存在防污效果差，多功能化难等问题。
性能测试：
(1)水接触角测试：
使用水接触角测试仪分别测试TA2样品、g1样品和g2样品三个样品的水接触角，然后根据水接触角的度数做图，具体如图5所示，并将水接触角数据记录在表1中。
表1 TA2样品、g1样品和g2样品的水接触角
Figure BDA0003869542860000081
Figure BDA0003869542860000091
由图5和表1可知，本发明中的防生物污损涂层具有疏水性，其水接触角均大于100°，疏水性的防生物污损涂层可以减少水中污物对涂层的附着，同时表明聚二甲基硅氧烷成功接枝到二氧化钛涂层表面。
(2)防海洋生物污损实验：
用小球藻为污损生物代表进行生物污损附着实验，分别将TA2样品(纯钛的一个牌号)、实施例1和对比例1～4中制备的涂层在海洋小球藻中进行挂样7天，然后进行表面海洋小球藻微生物附着表征，采用激光共聚焦扫描显微镜进行观察，并用ImageJ软件进行表面附着率统计，具体测试结果如图6所示，将TA2样品、对比例1～4和实施例1中的涂层的覆盖率数据记录在表2中。
表2 TA2样品、对比例1～4和实施例1中的涂层的覆盖率
样品名称 覆盖率
TA2样品 3.08±0.43
实施例1(g1) 0.23±0.053
对比例1(PPS) 1.79±0.81
对比例2(PPS-PDA) 1.5±0.31
对比例3(PPS-PDA-SH) 0.49±0.13
对比例4(PDMS) 1.69±0.98
从图6和表2可知，相对于TA2样品以及对比例1～4中制得的涂层而言，本发明中的防生物污损涂层的海洋小球藻的覆盖率最低，本发明中的防生物污损涂层具有更好的防止生物污物附着的作用，可以延长涂层的使用寿命并提高涂层的耐腐蚀性。
上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (8)

1.一种防生物污损涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：对二氧化钛涂层进行羟基活化处理后再依次与盐酸多巴胺、胱胺二盐酸盐、二硫苏糖醇反应；
S2：在光照下与光引发剂和乙烯基封端聚二甲基硅氧烷混合反应，制得所述防生物污损涂层；
所述羟基活化处理的步骤为：将二氧化钛涂层使用溶剂清洗5～10min；或，将二氧化钛涂层采用氧气等离子体处理10～30min；或，将二氧化钛涂层与碱液水热反应2～4h；
所述盐酸多巴胺、胱胺二盐酸盐和二硫苏糖醇的质量比为20：(500～600)：(50～100)。
2.根据权利要求1所述的防生物污损涂层的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括步骤S3；步骤S3具体为：将步骤S2中制得的涂层与光引发剂和1,6-己二硫醇在光照下反应，然后再与光引发剂和乙烯基封端聚二甲基硅氧烷在光照下混合反应。
3.根据权利要求1或2所述的防生物污损涂层的制备方法，其特征在于：所述光引发剂选自2-羟基-2-甲基苯丙酮、安息香二甲醚中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的防生物污损涂层的制备方法，其特征在于：所述光引发剂与乙烯基封端聚二甲基硅氧烷的质量比为1：(25～100)。
5.根据权利要求1或2所述的防生物污损涂层的制备方法，其特征在于：所述乙烯基封端聚二甲基硅氧烷的相对分子量为1000～28000。
6.根据权利要求1或2所述的防生物污损涂层的制备方法，其特征在于：所述光照为紫外光照射；所述紫外光照射的光照强度为10～100W，波长为365nm，光照时间为0.5～1h。
7.一种防生物污损涂层，其特征在于：采用权利要求1～6任一项所述的制备方法制得；所述防生物污损涂层的水接触角大于100°。
8.权利要求7所述的防生物污损涂层在海洋设备、航空设备、生物医学设备、陆运交通设备或文体用品中的应用。
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CN105294887B (zh) * 2015-11-24 2018-05-25 广东威凯表面技术有限公司 以多巴胺为锚的两性离子聚合物修饰的抗粘附表面及其制备方法
CN105907292B (zh) * 2016-05-25 2018-05-08 东南大学 一种图案化聚多巴胺涂层及其制备方法
CN115058055B (zh) * 2022-04-02 2023-10-20 中国医学科学院基础医学研究所 一种胱胺修饰的功能化磁性材料及其制备方法和应用

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