作者：伍志伟，潘健森，谢庆宜

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独特的支化分子结构、丰富的末端官能团，这些特性让超支化聚合物在涂料行业展现出巨大潜力，包括在海洋防污涂料方面的应用前景。

在全球范围内，海洋生物污损给航运、海洋能源能行业造成显著的经济损失。其中，在高污损压力环境下的静态防污，是公认的技术难题。此外，传统防污涂料在解决生物附着问题的同时，也带来了环境挑战—研究表明，每年有相当数量的涂层微塑料进入海洋^[1]。如何设计更高效、更环保的防污材料体系，是国内外防污材料研究的热点。超支化聚合物作为一类结构独特的高分子材料，为此提供了新的可能。

超支化聚合物：从一维线条到三维球体的结构创新

超支化聚合物是一类具有高度支化三维结构的高分子材料。与传统的线性聚合物不同，如图1所示，它呈现出类似树状的球形或椭球形立体构型，分子结构内包含大量分支点和相对较短的链段^[2]。从化学组成上看，超支化聚合物通常包含线性单元、支化单元和末端单元。这种结构使其性质介于完全规整的树枝状大分子与无规线性聚合物之间^[3]。

超支化聚合物的研究可追溯至20世纪初，随着高分子科学的发展，其合成与应用研究逐步深入。与需要多步精密合成的树枝状聚合物相比，超支化聚合物通常可通过一步法聚合制备，这为其工业化生产提供了便利。目前，超支化聚合物已实现商业化生产，并在多个领域得到应用。例如，在紫外光固化涂料中，其低粘度特性有助于减少活性稀释剂的用量，从而降低VOC排放；在水性工业涂料中，其结构易于修饰少量亲水基团即可实现水性化，利于制备高固含、稳定的体系；此外，其独特的空腔结构及丰富官能团也使其能作为纳米填料的优良分散剂或载体，用于提升防腐、导电等复合涂料的性能。在海洋防污领域，设计合成可降解或可水解的超支化聚合物，利用其形成的动态自更新表面，是发展新型高性能防污材料的新路径之一。

图1.不同类型的超支化聚合物结构^[4]

性能特点：超支化聚合物的优势所在

超支化聚合物独特的分子结构，赋予其一系列区别于传统线性聚合物的性能特点，在涂料和防污领域具有应用价值^[3]。

首先，是可控的降解性能和更强的表面自更新性能。通过分子设计，可将聚酯等可降解链段引入超支化结构中^[5,6]。这类材料在海水环境中能够发生降解，断裂成小分子量碎片，有助于减少传统涂层脱落可能产生的微塑料污染问题^[6]。特别是，由于分子链更短、分子链间的缠结更少，其在静态条件下的表面自更新速率更高，是解决海洋装备与设施静态防污难题的绝佳选择。

其次，是其较低的溶液粘度与良好的溶解性。与相同分子量的线性聚合物相比，超支化聚合物的溶液粘度通常更低，这也是因为支化结构减少了分子链间的缠结^[3]。这一特点有助于制备高固含量、低挥发性有机化合物（VOC）的涂料，同时保持良好的施工性能。再者，是其丰富的末端官能团。超支化聚合物分子表面带有大量可反应的末端官能团，便于进行化学改性。通过接枝反应，可以将防污剂、亲水链段等功能单元引入分子中，实现材料的功能化^[1,5]。

应用探索：面向海洋防污的新材料体系

基于上述性能特点，超支化聚合物在海洋防污领域引发出多种技术思路，推动着环保型防污技术的发展。海巍新材已推出自主知识产权的超支化降解树脂，树脂降解后产生更小的小分子碎片，更容易溶解脱离释放到海水中，形成自更新的碎片化表面，保持树脂在海水中的均匀抛光，具有较高的表面自更新速率和防污剂释放速率，特别适用于低航速、停航比高的船舶、以及各类静态服役的海洋工程装备。当前，基于该树脂技术的防污涂料已应用于海洋能源装备、海洋通信以及各类船舶，如全球首个商用海底数据中心（下图）。

超支化降解树脂技术代表性应用案例—全球首个商用海底数据中心（海兰信）

参考文献  

[1]毛为民，潘健森，周欢等. 表面碎片化防污技术：超支化可控降解高分子材料[J]. 中国涂料， 2021, 36(07): 1-5.
[2] 梁晟源，蒙业云，陈力等. 超支化聚合物在涂料领域应用的研究进展[J]. 上海涂料， 2022, 60(05): 35-41.
[3] J. M. J. Fréchet, D. A. Tomalia. Dendrimers and Other Dendritic Polymers[M]. Wiley, 2001.

[4] Zheng Y, Li S, Weng Z, et al. Hyperbranched polymers: advances from synthesis to applications [J]. Chemical Society Reviews, 2015, 44(12): 4091-4130.
[5] Ai X, Mei L, Ma C, et al. Degradable hyperbranched polymer with fouling resistance for antifouling coatings[J]. Progress in Organic Coatings, 2021, 153: 106141.
[6] Yang H, Chang H, Zhang Q, et al. Highly branched copolymers with degradable bridges for antifouling coatings[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12(14): 16849-16855.
[7] Xie R, Ai X, Xie Q, et al. Non-silicone elastic coating with fouling resistance and fouling release abilities based on degradable hyperbranched polymer[J]. Progress in Organic Coatings, 2023, 175: 107350.