Functional Nanomaterials for Environmentally Friendly Biofouling Control

Towards the goal of environmental protection, the core-shell structured nets based on 3D spined fabrics as core material and polydimethylsiloxane (PDMS) in combination with tetrapodal ZnO (t-ZnO) as shell material have been developed for biofouling control in aquaculture. The PDMS shell introduces a hydrophobic surface and thereby fouling-release properties to aquaculture nets, while the elasticity of PDMS allows the net to remain flexible. Penetration of PDMS into the net core material enables mechanical interlocking, providing long-term mechanical stability. Mechanically durable polythiourethane (PTU)/PDMS/t-ZnO composites have been developed as biofouling control coatings for ships. The composite inherited not only promising fouling-release properties from PDMS but also the good mechanical properties originating from PTU. T-ZnO microparticles are introduced for mechanical reinforcement and the homogeneous distribution of the PDMS microdomains at the PTU/air interface. The biofouling control performance of the composites is further improved by the incorporation of silicone lubricants. A novel dynamic biofouling test stand has been developed to enable field tests for the developed composites under realistic conditions. A facile and environmentally friendly approach has been demonstrated to improve the adhesion between non-stick polymers (e.g., between marine anticorrosion and fouling-release coatings) through mechanical interlocking by using a low amount of nanoscale sculptured Al microparticles with hook-like structures at the polymer interface.

Im Sinne des Umweltschutzes wurden Kern-Schale-Strukturnetze auf Basis von 3D-Spinngeweben als Kernmaterial und Polydimethylsiloxan (PDMS) in Kombination mit tetrapodalem ZnO (t-ZnO) als Hüllenmaterial für die Biofoulingbekämpfung in der Aquakultur entwickelt. Die PDMS-Schale verleiht Aquakulturnetzen eine hydrophobe Oberfläche und dadurch Fouling-Release-Eigenschaften, während die Elastizität von PDMS es dem Netz ermöglicht, flexibel zu bleiben. Das Eindringen von PDMS in das Netzkernmaterial ermöglicht eine mechanische Verzahnung und sorgt für eine langfristige mechanische Stabilität. Mechanisch langhaltbare Polythiourethan (PTU)/PDMS/(t-ZnO) Verbundstoffe wurden als Antifoulingbeschichtungen für Schiffe entwickelt. Dieser Verbundstoff besitzt nicht nur durch das PDMS vielversprechende Fouling-Release-Eigenschaften, sondern durch das PTU auch gute mechanischen Eigenschaften. T-ZnO-Mikropartikel werden als UV-blockierende Füllstoffe und zur mechanischen Verstärkung eingebracht. Die Antifoulingeigenschaften konnten durch die Einarbeitung von Silikonölen weiter verbessert werden. Um Biofoulingtests unter möglichst realistischen und definierten Bedinungen durchführen zu können, wurde ein neuartiger dynamischer Prüfstand entwickelt. Darüber hinaus wurde ein einfacher und umweltfreundlicher Ansatz zur Verbesserung der Haftung zwischen Antihaftpolymeren (z.B. zwischen marinen Korrosionsschutz- und Fouling-Release-Beschichtungen) durch mechanische Verzahnung verbessert, indem eine geringe Menge Al-Mikropartikel mit hakenartigen Strukturen auf der Nanoskala an der Polymergrenzfläche aufgebracht wird.

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