阅读文章前，辛苦您点下右上角的“关注”，方便您讨论分享，持续关注每日优质内容~自从人类规模化开发海洋资源以来，海洋污损生物对船舶、潜水器和海洋平台等带来的污损问题仍未得到有效解决。
海洋污损生物在船体和螺旋桨表面的沉降、附着和生长，增大航行阻力，降低航行速度，增加燃油消耗，导致生物入侵，从而带来严重的经济、安全和生态环境问题。
因此，人类长期致力于寻找有效的防治海洋生物污损的方法。
在现有主流的防污方法中，防污涂层是最为经济有效的手段之一，其中以有机硅为代表的低表面能涂层具有优异的污损释放性能，具有巨大的应用前景和潜力。
有机聚硅氧烷是一种含有Si-O-Si骨架的半无机聚合物，其特性是硅原子上有机取代基之间的距离较大，相互之间的作用力较弱，绕Si-O键旋转的势垒低，有机聚硅氧烷非极性取代基之间的作用力极弱，从而使得有机聚硅氧烷链极其柔顺并具有低表面能特性，具有较好的污损释放性能。
因此，当海洋污损生物在有机聚硅氧烷表面沉降附着时，在水流剪切力作用下，海洋污损生物可轻易地有效脱除。
然而，传统的有机聚硅氧烷存在力学性能差和附着力不足的缺陷，限制了其在防污领域的进一步应用。
针对有机聚硅氧烷力学性能和附着力的不足，人们在有机聚硅氧烷中引入环氧树脂，利用环氧树脂优异的力学性能，提高有机聚硅氧烷的附着力和力学性能。
然而，有机聚硅氧烷和环氧树脂溶解度的差异，导致有机聚硅氧烷与环氧树脂的物理共混相容性极差。
因此，人们普遍采用硅烷偶联剂提高有机聚硅氧烷和环氧树脂之间的相容性和分散。
Esfandeh等采用4种硅烷偶联剂作为环氧树脂和有机聚硅氧烷之间的中间体，有效地提高两者的相容性；实验结果表明：改性后的涂层附着力达到2097 kN/m2，在海水中浸泡7个月后没有观察到剥离迹象。
Zhou等使用硅烷化环氧接枝共聚物对端羟基聚二甲基硅氧烷进行改性。
实验结果表明：相较于未改性硅树脂，改性硅树脂的附着力提高0.7 MPa，抗拉强度提高2倍，断裂伸长率提高1倍。
Rath等使用端羟基聚二甲基硅氧烷与甲苯二异氰酸酯反应生成异氰酸酯封端预聚体，再使用己二酸和环氧树脂反应得到的环氧己二酸酯树脂，预聚体的-NCO基团与环氧己二酸酯树脂的-OH基团反应得到有机硅改性环氧树脂。
实验结果表明：与改性前的硅树脂相比，改性后硅树脂的表面自由能、表面粗糙度和动态接触角显著降低。
采用硅烷偶联剂可有效提高涂层的力学性能和附着力，但仍然存在着固化过程操作繁琐，制备过程复杂，制备成本高和力学性能提升程度不高等多种不足。
因此，为了解决环氧改性有机硅树脂力学性能和附着力不足的问题，本文首先采用硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）和环氧树脂反应得到硅烷化环氧树脂（ME51），再与有机硅树脂（PMPS）进行交联固化成膜，制备不同环氧含量的改性硅树脂（MPMPS）。
通过微观形貌观察、力学性能测试、接触角测试和浅海浸泡等手段，研究环氧含量对硅树脂力学性能、附着力、模量、玻璃化转变温度和表面自由能的影响，讨论不同环氧含量下的环氧树脂与硅树脂的相容性、涂层化学成分分布、涂层接触角和表面自由能和防污性能，以期为改性有机硅树脂在防污领域方面的应用提供理论支撑和参考借鉴。
本文所使用的材料主要有：甲基三氯硅烷（CH3SiCl3），二甲基二氯硅烷（C2H6SiCl2），苯基三氯硅烷（C6H5SiCl3），二甲苯（C8H10），正丁醇（C4H10O）：分析纯，麦克林；3-氨丙基三乙氧基硅烷（C9H23NO3Si）、二月桂酸二丁基锡（DBTDL）：分析纯，阿拉丁；四甲基氢氧化铵溶液（C4H13NO）：25%甲醇溶液，麦克林；双酚A型环氧树脂（E51）、腰果酚改性酚醛胺（WSCM1103）：分析纯、浙江万盛股份有限公司。
本文所使用的化学试剂在使用前均未经过任何纯化处理。
将225 g去离子水、60 g二甲苯，22.5 g正丁醇加入三口烧瓶中，再在恒压滴液漏斗中加入40 g二甲苯，6.416 g甲基三氯硅烷，21.5 g二甲基二氯硅烷，34.986 g苯基三氯硅烷。
室温下水解并磁力搅拌，水解时间为4 h。
使用分液漏斗将水解后的溶液分去下层酸水，保留上层硅醇溶液，将水解产物水洗致中性，得到无色油状硅醇溶液。
将硅醇溶液转移至烧瓶中继续搅拌，温度控制在60-70℃，减压浓缩至浓度为50％，加入0.2 g的缩合催化剂25%四甲基氢氧化铵甲醇溶液，控制物料温度在115℃，进行缩合反应30 min。
停止真空升温至150℃，反应10 min后降温，取样检验物料的酸碱性，要求物料酸度pH值在6.5-7.0范围内，得到透明的甲基苯基硅树脂溶液。
环氧改性有机硅树脂MPMPS聚合物合成原料配方，其中MPMPS-x中的x为环氧树脂E51添加量的质量百分比。
环氧树脂E51的添加量由环氧树脂所占的质量百分比确定，然后加入定量的APTES进行开环反应，在环氧含量不超过20wt%时，APTES中活泼氢过量，使环氧树脂E51中环氧基团充分开环；在环氧含量不低于30wt%时，APTES中活泼氢不足，由WSCM1103提供活泼氢与E51进行反应，WSCM1103添加量由其活泼氢当量和E51环氧值计算确定。
混合体系搅拌反应20 min后得到硅烷化修饰环氧树脂ME51。
ReagentsMPMPS-10/gMPMPS-20/gMPMPS-30/gMPMPS-40/gMPMPS-50/gE51/gPMPS10101010100APTES1.481.481.481.481.480E511.12.54.36.71010WSCM-1103000.971.973.574.85MPMPS树脂涂层的制备方法为称取10 g的MPMPS-x树脂，加入0.1 g的固化催化剂二月桂酸二丁基锡（DBTDL），搅拌并超声20 min，将MPMPS树脂均匀涂覆在基底上，室温固化48 h，得到固化涂层。
当环氧含量不超过20wt%时，APTES中有足够的活泼氢和E51中环氧基团反应，在固化催化剂DBTDL的作用下，MPMPS中ME51一部分乙氧基直接和PMPS中的硅醇发生脱醇缩合反应，另一部分乙氧基在搅拌过程中先和空气中的水反应生成硅醇后进一步和PMPS中的硅醇发生脱水缩合反应。
当环氧含量不低于30wt%时，APTES中活泼氢含量不足以与E51中环氧基团反应，进而由WSCM1103提供活泼氢与E51中环氧基团进行反应，形成交联互穿网络，使树脂涂层中同时具有PMPS和E51两套固化体系。
涂层表面润湿性测试的底材为75 mm×25 mm×1 mm的载玻片；铅笔硬度、抗冲击性和柔韧性测试的底材为120 mm×50 mm×0.28 mm的马口铁板；动态力学性能测试为20 mm×4 mm×1 mm的聚四氟乙烯模具注膜，揭下剥离漆膜使用；附着力和浅海挂板测试底材为为100 mm×80 mm×3 mm的环氧板。
通过傅里叶变换红外光谱仪（型号：iS50 FT-IR）对PMPS和MPMPS的结构进行表征，在4000-500 cm-1范围内记录了单体和聚合物（液体样品和薄膜）的红外光谱，分辨率为4 cm-1扫描次数为32次。
铅笔硬度参照GB/T6739-2006，使用铅笔硬度计（型号PPH-750）进行测试；柔韧性测试参照GB/T6742-2007，使用圆柱弯曲试验仪（型号：WQ-Ⅱ）进行测试；抗冲击性参照GB/T1732-2020，使用冲击试验器（型号TCJ）进行测试；附着力测试参照GB/T5210-2006，采用拉拔测试仪（型号：Posi Test AT-A）测试树脂涂层与基底的附着力，仪器参数设置为0.2 MPa·s-1。
动态力学分析在动态热机械分析仪（型号：METTLER TOLEDO DMA1）上进行，采用拉伸模式，测试采用的频率1 Hz，测试温度范围为-30℃到120℃。
利用Biolin Scientific接触角测试仪（型号：Attension Theta flex）测试了共聚物表面的水和二碘甲烷的接触角，测试方法采用固滴法，测试环境温度为25°C。
使用激光共聚焦显微镜（型号：KEYENCEVK-X250）观察树脂涂层表面3D形貌，视野范围为1000 μm×1432.7 μm。
采用德国蔡司公司的扫描电子显微镜（型号：Sigma500）和美国FEI有限公司的能谱仪（Helios G4CX Zeiss Auriga）对涂层表面形貌和元素分布进行分析表征。
取芽孢杆菌接种到2216E液体培养基中，30℃，150 r/min的恒温摇床中，将细菌培养到600 nm处OD值为1.0，此时细菌密度为109 cfu/mL，然后采用2216E液体培养基稀释至106 cfu/mL。
将制备好的涂层样品（10 mm×10 mm）紫外灭菌后置于24孔板内，加入上述稀释后的菌液，在恒温培养箱中30 ℃孵育72 h。
培养结束后，用无菌ASW洗涤3次去除非粘附的细菌，然后用2.5%戊二醛在4℃中固定4 h。