[发明专利]一种涂层、防污材料及其分子设计方法

说明书

一种涂层、防污材料及其分子设计方法，属于涂料领域。防污材料分子通过如下方式设计而成：从生物体提取第一活性成分，并确定其分子结构。利用计算软件包通过分子动力学模拟方法对第一活性成分的分子结构进行优化，并基于密度泛函理论计算优化使第一活性成分的分子结构转化为第二分子量的第二活性成分的分子结构，对第二活性成分的分子结构进行多次弱电耦合处理，从而确定第一目标分子结构。确定第二目标分子结构，第二目标分子通过以下方式制备：经过酶分解工艺获得海洋生物的分泌物，利用酰胺法分解分泌物得到生物自由基物质。利用计算软件包使第一目标分子与第二目标分子通过反应得到提取物。

技术领域

本发明涉及涂料领域，具体而言，涉及一种涂层、防污材料及其分子设计方法。

背景技术

防止海洋生物污损方法的历史可以追溯到古代，从公元前世纪腓尼基人用铅皮包覆帆船船底到现代船舶涂刷新型无毒防污涂料，人类研究和采用了多种防污技术。

目前，成熟有效的方法主要包括涂刷防污涂料、涂刷导电涂膜、人工机械清除、电解重金属法、采用防污材料、电解海水防污、超声波防污、生物酶防污、导电防污和涂装海洋防污涂料等。迄今为止，使用防污涂料是解决防污问题最为有效的办法。防污涂料不仅提供了基体防腐蚀保护，而且可以有效阻止诸如微生物、海藻和软体动物等附着。

作为防污涂料中的关键成分之一，防污剂的效率、寿命等直接影响防污涂料的防污效果，其毒害作用也有可能间接影响到海洋生态环境甚至人类健康。19世纪中期流行的防污剂主要是铜氧化物、砷氧化物和汞氧化物，因其毒性太大而早己被淘汰。20世纪中期开始使用的防污效果出色的TBT，因发现其危害海洋生态环境甚至人类健康，被国际海事组织明确规定自年月日起禁止使用。作为替代品，以铜氧化物为主、有机助剂为辅的防污剂随后应运而生。然而，目前使用的氧化亚铜主防污剂虽无环保限制，但从长远来看重金属铜对环境生态的影响不容忽视，它对海洋生态环境的危害正在进行评估。可见，无毒、高效、性价比高的环境友好型防污剂是今后的发展方向，提取、合成、设计结构新颖高效无毒防污剂是当前的一个研究热点。这是关乎人类可持续发展、保护海洋生态环境的一项重大任务，意义深远。

发明内容

本发明的第一方面，提供了一种涂层，其可以有效防护在海洋中的船体等物体免受海洋生物污损。

本发明的第二方面，提供了一种防污材料，其采用天然的生物活性物质，对海洋环境友好，不破坏生态平衡，通过改变细胞自身的表面特性、阻止污损微生物的次级代谢形成的细胞核附着而起到防污作用。

本发明的第三方面，提供了一种防污材料的分子设计方法，通过对由海洋生物提取的多种活性物质的结构进行优化，再经耦合得到期望的防污材料分子。通过计算机辅助设计分子结构，可准确获得结构期望性能的材料，并且有利于指导实际的分子合成制备。

本发明是这样实现的：

一种防污材料的分子设计方法，用于在海洋环境中作为防污和防腐涂层，利用计算机软件包结合量子化学计算及自然价键理论和前线分子轨道理论的分析、对比和计算设计防污材料分子，

防污材料的分子设计方法包括：

从生物体提取第一分子量的第一活性成分，确定第一活性成分的分子结构，利用计算软件包通过分子动力学模拟方法对第一活性成分的分子结构进行优化，并基于密度泛函理论计算优化使第一活性成分的分子结构转化为第二分子量的第二活性成分的分子结构，对第二活性成分的分子结构进行多次弱电耦合处理，从而确定第一目标分子结构，第一分子量大于第二分子量；

确定第二目标分子结构，第二目标分子通过以下方式制备：经过酶分解工艺获得海洋生物的分泌物，利用酰胺法分解分泌物得到生物自由基物质；

利用计算软件包使第一目标分子与第二目标分子通过氢键作用耦合；

计算软件包括Mathematica、Gaussian以及VNL-ATK。