寧波材料所在防污型復(fù)合水凝膠方面取得進(jìn)展

　　固體材料表面蛋白質(zhì)的吸附、細(xì)胞及其他微生物的粘附會(huì)造成嚴(yán)重的生物污染，給生物醫(yī)藥領(lǐng)域、水凈化處理、船舶、紡織品等工業(yè)領(lǐng)域造成重大危害。每年因生物污染造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)上百億美元。水凝膠是一類(lèi)以化學(xué)鍵或者物理交聯(lián)作用形成的高度親水化聚合物，兼具固體的穩(wěn)定性和液體的流動(dòng)性，可以高效抑制污損生物黏附，同時(shí)具有低毒、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，是一類(lèi)綠色防污材料。但是傳統(tǒng)的水凝膠機(jī)械力學(xué)性能差和功能單一等缺點(diǎn)極大地限制了水凝膠的實(shí)際應(yīng)用。因而構(gòu)建多種防污機(jī)制協(xié)同作用的復(fù)合型高力學(xué)強(qiáng)度水凝膠具有重要意義。

　　中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所海洋功能材料團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于復(fù)合型防污水凝膠材料研究。以復(fù)合化和功能化為導(dǎo)向，通過(guò)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合策略構(gòu)筑了多種新型復(fù)合防污水凝膠。通過(guò)雙網(wǎng)絡(luò)策略，在兩性聚電解質(zhì)水凝膠網(wǎng)絡(luò)中引入聚丙烯酰胺第二重網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了一類(lèi)兩性聚電解質(zhì)/聚丙烯酰胺雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠(圖1)，機(jī)械力學(xué)性能提高了5-10倍，帶不同電荷的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠對(duì)細(xì)菌和藻類(lèi)表現(xiàn)出選擇性抑制作用(RSC Adv., 2016, 6, 4734)。通過(guò)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合策略，將季銨鹽化的超支化聚乙烯亞胺納米粒子引入HEMA水凝膠體系中構(gòu)建了一類(lèi)新型納米復(fù)合水凝膠，其斷裂拉升強(qiáng)度比HEMA水凝膠提高了3倍，季銨鹽化超支化聚乙烯亞胺納米粒子的引入使得納米復(fù)合水凝膠表現(xiàn)出了優(yōu)異的抗菌、抗藻防污性能（RSC Adv., 2016, 6, 60530）。

　　在此研究基礎(chǔ)上，通過(guò)在水凝膠骨架上修飾聚硫醚樹(shù)枝狀官能團(tuán)構(gòu)筑了水凝膠/納米銀納米復(fù)合材料(圖2)，硫醚鍵和銀離子之間的強(qiáng)螯合作用使得水凝膠的載銀量提高了將近30倍；螯合作用以及水凝膠的包裹作用有效地穩(wěn)定了納米銀，通過(guò)調(diào)控硫醚官能團(tuán)可以有效調(diào)控納米銀尺寸（10-25 nm），小尺寸納米銀賦予了水凝膠優(yōu)異的抗菌、抗藻防污性能，同時(shí)納米銀的緩釋極大延長(zhǎng)了這類(lèi)復(fù)合材料的防污時(shí)效（Polym. Chem., 2015, 6, 625；Colloid Polym Sci., 2016, 294，2021-2028）。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，納米銀和硫醚鍵之間的動(dòng)態(tài)配位作用賦予了這類(lèi)水凝膠很好的自修復(fù)性能（New J. Chem., 2016, DOI 10.1007/s00396-016-3967-7）。

　　最近，將上述發(fā)展的納米銀/水凝膠體系與低表面能有機(jī)硅彈性體有機(jī)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)筑了一種新型的硅水凝膠/納米銀復(fù)合防污涂層（圖3），二者形成了互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)海草、藤壺和水螅等污損生物具有明顯的抑制吸附作用，1號(hào)樣品（對(duì)照樣）實(shí)海掛片3個(gè)月后表面有大量的海草附著，6個(gè)月后藤壺附著量明顯增加；5號(hào)樣品（硅水凝膠/納米銀復(fù)合涂層）表面幾乎沒(méi)有海草、藤壺等污損生物附著，因而具有很好的應(yīng)用前景。

　　以上研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展“973”計(jì)劃（2014CB643305）、浙江省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（2011R50006）和國(guó)家自然科學(xué)基金（5160321）等項(xiàng)目的資助。

　　圖1：A) 雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備示意圖；B) 牛血清蛋白（BSA）在水凝膠表面的黏附量；C) 海藻在水凝膠表面的黏附量。

　　圖2：A)樹(shù)枝狀水凝膠/納米銀復(fù)合水凝膠的制備示意圖；B) 水凝膠的載銀行為；C)海藻在復(fù)合水凝膠表面的黏附狀態(tài)；D) 復(fù)合水凝膠抗菌行為。

　　圖3：有機(jī)硅水凝膠/納米銀復(fù)合防污涂層實(shí)海掛片圖。