[发明专利]一种硫酸盐还原菌代谢微环境响应型复合涂层及制备方法

说明书

本发明涉及防腐涂料技术领域，涉及一种硫酸盐还原菌代谢微环境响应型智能涂层及其制备方法。一种硫酸盐还原菌代谢微环境响应型复合涂层，包括抗菌面层和防腐底层，所述抗菌面层中掺杂封装杀菌剂的纳米粒子，所述防腐底层中掺杂封装缓蚀剂的纳米粒子；所述的纳米粒子为硫酸盐还原菌代谢微环境响应型纳米粒子。本发明中硫酸盐还原菌代谢微环境响应型纳米粒子具有硫离子响应释放功能。杀菌剂或缓蚀剂封装于纳米粒子的骨架结构中，避免不可控的泄露，当硫酸盐还原菌大量繁殖并代谢产生硫离子，导致金属发生腐蚀倾向时，纳米粒子能够对腐蚀微环境中增加的硫离子浓度做出响应并发生分解，实现功能分子的定时、定点、定量控制释放，避免了功能分子不可控释放所导致的成本、环境问题。

技术领域

本发明涉及防腐涂料技术领域，涉及一种硫酸盐还原菌代谢微环境响应型智能涂层及其制备方法。

背景技术

海洋生物（细菌、藻类、软体动物）会附着在任何浸入海水的材料表面，称为生物污损。这一过程会伴随着细菌菌落和生物膜的形成，导致金属材料发生微生物腐蚀。许多细菌能够在聚集的生物膜下触发微生物腐蚀，其中，最典型的腐蚀微生物是硫酸盐还原菌，其主要使用硫酸盐作为无机或有机底物厌氧氧化的电子受体，通过硫酸盐还原菌的新陈代谢过程，产生大量还原的硫离子并在生物膜附近积累，硫离子与金属离子结合形成不溶性产物，最常见的是硫化亚铁，造成生物膜下金属发生严重的电化学局部腐蚀。因此，环境中腐蚀性硫离子浓度的升高可视为硫酸盐还原菌腐蚀发生的特征。

细菌黏附和所导致的微生物腐蚀会加剧材料损失，造成安全威胁和维护成本增加。为了抑制生物污损和金属腐蚀，常用的方法是在金属表面加装涂层，以此阻碍细菌繁殖，阻挡腐蚀性物质并阻止金属氧化反应。目前，由于在防污和防腐方面所具有的优势，大量特定结构/功能和杀菌添加剂的聚合物涂层被广泛研究，然而，涂层中杀菌剂不可避免的浸出、潜在的细菌耐药性和生物毒性可能会严重破坏海洋环境和生态秩序。药物控释系统能够在合适的时间和地点有针对性地释放活性物质，避免以上问题发生。其中，利用独特的细菌代谢微环境作为刺激来激活药物释放的策略具有很好的实际意义。为实现这一目标，各种药物载体通过对特定的细菌代谢物例如毒素、细菌酶和有机/无机酸作出响应以实现抗菌功能激活，展现出抑制细菌黏附潜力。

发明内容

本发明针对现有微生物腐蚀防护技术中的不足，提供一种硫酸盐还原菌代谢微环境响应型复合涂层及其制备方法和应用，该复合涂层具有分层结构，抗菌及防腐性能优异；利用细菌代谢产物作为激发药物释放的刺激源，可有效调控杀菌剂及缓蚀剂释放效率。

本发明提供一种硫酸盐还原菌代谢微环境响应型复合涂层，包括抗菌面层和防腐底层，所述抗菌面层中掺杂封装杀菌剂的纳米粒子，所述防腐底层中掺杂封装缓蚀剂的纳米粒子；所述的纳米粒子为硫酸盐还原菌代谢微环境响应型纳米粒子。

所述硫酸盐还原菌代谢微环境响应型纳米粒子是由沸石咪唑酯骨架结构材料封装杀菌剂或缓蚀剂形成的纳米粒子，尺寸为50～80 nm。

所述沸石咪唑酯骨架结构材料为沸石咪唑骨架-90、沸石咪唑骨架-8、沸石咪唑骨架-67中的任一种或几种。

所述杀菌剂为4,5-二氯-N-辛基-4-异噻唑啉-3-酮（DCOIT）、三氯生、百菌清中的一种或几种；其中，杀菌剂的加入量占纳米粒子质量的5-10%。

所述缓释剂为苯并三氮唑（BTA）、8-羟基喹啉、2-巯基苯骈噻唑中的一种或几种；其中，缓蚀剂的加入量占纳米粒子质量的5-10%。

所述抗菌面层的基料为水性醇酸树脂。

所述防腐底层的基料为环氧树脂。

本发明还提供了一种硫酸盐还原菌代谢微环境响应型复合涂层的制备方法，包括：

（1）将封装缓蚀剂的硫酸盐还原菌代谢微环境响应型纳米粒子与基料混合，分散至纳米粒径，然后沉积到基体表面，形成防腐底层材料；