Research Advance of Polymer Anti-fouling Coatings

doi:10.7503/cjcu20200396

Abstract

Abstract:

Preparing polymer anti-fouling surface is an effectivel strategy to solve the problem of biological fouling. Polymer has some advantages such as anti-acid and anti-alkali， easy to functionalization and modification， and polymer anti-fouling coatings play an important role in reducing the effects of biological fouling and economic losses. This review summarizes the strategies of anti-adhesion biological fouling and research advance and introduces the representative achievements of new-type polymer coatings. In addition， it also prospects the challenges of future in the fields.

Key words: Polymer coating, Anti-fouling, Biological fouling（Ed.： W, K, M）

CLC Number:

O633

TrendMD:

WANG Dagui, CHEN Yajie, JIAN Qi, GAO Pengcheng, XIA Fan. Research Advance of Polymer Anti-fouling Coatings[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(12): 2638.

Figures/Tables 11

References 93

1	Callow J. A.， Callow M. E.， Nat. Commun.， 2011， 2， 803—814
2	Schultz M. P.， Biofouling， 2007， 23， 331—341
3	Poloczanska E. S.， Brown C. J.， Sydeman W. J.， Kiessling W.， Schoeman D. S.， Moore P.， Brander K.， Bruno J. F.， Buckley L. B.， Burrows M. T.， Duarte C. M.， Halpern B. S.， Holding J.， Kappel C. V.， O’Connor M. I.， Pandolfi J.， Parmesan C.， Schwing F.， Thompson S. A.， Richardson A. J.， Nat. Clim. Change， 2013， 3， 919—925
4	He X.， Liu Y.， Gong Y.， Zhou C.， Li H.， Surf. Coat. Tech.， 2017， 309， 295—300
5	Liang B.， Zhong Z.， Jia E.， Zhang G.， Su Z.， ACS Appl. Mater. Inter.， 2019， 11， 30300—30307
6	Xia J.， Yang C.， Xu D.， Nan L.， Sun Z.， Li Q.， Gu T.， Yang K.， Biofouling， 2015， 31， 481—492
7	Duan J.， Wu S.， Zhang X.， Huang G. Q.， Du M.， Hou B.， Electrochim. Acta， 2008， 54， 22—28
8	Ashassi S. H.， Moradi H. M.， Zarrini G.， Javaherdashti R.， Biodegradation， 2012， 23， 69—79
9	Kirschner C. M.， Brennan A. B.， Annu. Rev. Mater. Res.， 2012， 42， 211—229
10	Gatenholm P.， Holmström C.， Maki J. S.， Kjellebreg S.， Biofouling， 1995， 8， 293—301
11	Rosenhahn A.， Schilp S.， Kreuzer H. J.， Grunze M.， Phys. Chem. Chem. Phys.， 2010， 12， 4275—4286
12	Wang S.， Liu K.， Yao X.， Jiang L.， Chem. Rev.， 2015， 115， 8230—8293
13	Dai H.， Gao C.， Sun J.， Li C.， Li N.， Wu L.， Dong Z.， Jiang L.， Adv. Mater.，2019， 31， 1905449
14	Bixler G. D， Theiss A.， Bhushan B.， Lee S.， J. Colloid Interf. Sci.，2014， 419， 114—133
15	Yebra D. M.， Kiil S.， Dam J. K.， Prog. Org. Coat.， 2004， 50， 75—104
16	Banerjee I.， Pangule R. C.， Kane R. S.， Adv. Mater.，2011，23， 690—718
17	Ju J.， Bai H.， Zheng Y.， Zhao T.， Fang R.， Jiang L.， Nat. Commun.，2012， 3， 1247—1253
18	Yang Y.， Wikiel A. J.， Dall' Agnol L. T.， Biofouling，2016， 32， 95—108
19	Li Y.， Gao Y.， Li X.， Yang J.， Que G.， Colloid Surface B， 2010， 75， 550—552
20	Chambers L. D.， Stokes K. R.， Walsh F. C.， Wood R. J. K.， Surf. Coat. Tech.， 2006， 201， 3642—3652
21	Schultz M. P.， Bendick J. A.， Holm E. R.， Biofouling， 2011， 27， 87—98
22	Grozea C. M.， Walker G. C.， Soft Matter， 2009， 5， 4088—4100
23	Buskens P.， Wouters M.， Rentrop C.， Vroon Z.， J. Coat. Technol. Res.， 2013， 10， 29—36
24	Tasso M.， Conlan S. L.， Clare A. S.， Werner C.， Adv. Funct. Mater.， 2012， 22， 39—47
25	Wilker J. J.， Science， 2015， 349， 582—583
26	Wang Y.， Pitet L. M.， Finlay J. A.， Brewer L. H.， Cone G.， Betts D. E.， Callow M. E.， Callow J. A.， Wendt D. E.， Hillmyer M. A.， DeSimone J. M.， Biofouling， 2011， 27， 1139—1150
27	James C. A.， Maureen C. E.， Nat. Commun.，2013， 1251， 1—10
28	Sundaram H. S.， Cho Y.， Dimitriou M. D.， Weinman C. J.， Finlay J. A.， Cone G.， Callow M. E.， Callow J. A.， Kramer E. J.， Ober C. K.， Biofouling， 2011， 27， 589—602
29	Yeh S. B.， Chen C. S.， Chen W. Y.， Huang C. J.， Langmuir， 2014， 30， 11386—11393
30	Majumdar P.， Lee E.， Patel N.， Ward K.， Stafslien S. J.， Daniels J.， Chisholm B. J.， Boudjouk P.， Callow M. E.， Callow J. A.， Thompson S. E. M.， Biofouling，2008， 24， 185—200
31	Chen S.， Li L.， Zhao C.， Zheng J.， Polymer， 2010， 51， 5283—5293
32	Wang D.， Wang Y.， Jiang T.， Jia H.， Yu M.， J. Mater. Sci： Mater. Electron.，2016，27， 2138—2145
33	Blanco C.， Ortner A.， Dimitrov R.， Navarro A.， Mendoza E.， Tzanov T.， ACS Appl. Mater. Inter.， 2014， 6， 11385—11393
34	Shivapooja P.， Yu Q.， Orihuela B.， Mays R.， Rittschof D.， Genzer J.， Lopez G.， ACS Appl. Mater. Inter.， 2015， 7， 25586—25591
35	Tian D.， Chen Q.， Nie F.， Xu J.， Song Y.， Jiang L.， Adv. Mater.，2009， 21， 3744—3749
36	Merrill E. W.， Ann. NY. Acad. Sci.， 1987， 516， 196—203
37	Li C.， Dai H.， Gao C.， Wang T.， Dong Z.， Jiang L.， Proc. Natl. Acad. Sci. USA， 2019，116， 12704—12709
38	Liu G. J.， Rabnawaz M.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2015， 54， 1—6
39	Lesie D. C.， Waterhouse A.， Berthet J. B.， Valentin T. M.， Watters A. L.， Jain A.， Kim P.， Hatton B. D.， Nedder A.， Donovan K.， Super E. H.， Howell C.， Johnson C. P.， Vu T. L.， Bolgen D. E.， Rifai S.， Hansen A. R.， Aizenberg M.， Super M.， Aizenberg J.， Ingber D. E.， Nat. Biotechnol.， 2014， 32， 1134—1140
40	Wang D.， Song C.， Lv X.， Wang Y.， Appl. Phys. A，2016，122， 1020—1029
41	Heuberger M.， Drobek T.， Langmuir， 2004， 20， 9445—9448
42	Iwasaki Y.， Nakabayashi N.， J. Artif. Organs， 2003， 6， 260—266
43	Jiang H.， Manolache S.， Wong A.， Denes F. S.， J. Appl. Polym. Sci.， 2006， 102， 2324—2337
44	Jiang S.， Cao Z.， Adv. Mater.，2010， 22， 920—932
45	Keefe A. J.， Jiang S.， Nat. Chem.， 2012， 4， 59—63
46	Robinson S.， Williams P. A.， Langmuir， 2002， 18， 8743—8748
47	Wu Z.， Chen H.， Liu X.， Zhang Y.， Li D.， Huang H.， Langmuir， 2009， 25， 2900—2906
48	Roesink H. D. W.， Beerlage M. A. M.， Potman W.， Vandenboomgaard T.， Mulder M. H. V.， Smolders C. A.， Colloids and Surfaces，1991， 55， 231—243
49	Kinnane C. R.， Such G. K.， Antequera G. G.， Yan Y.， Dodds S. J.， Liz M. L. M.， Caruso F.， Biomacromolecules， 2009， 10， 2839—2846
50	Liang B.， Zhang G.， Zhong Z.， Huang Y.， Su Z.， Langmuir， 2019， 35， 1294—1301
51	He K.， Duan H.， Chen G. Y.， Liu X.， Yang W.， Wang D.， ACS Nano，2015， 9， 9188—9198
52	Zhao X.， Chen W.， Su Y.， Zhu W.， Peng J.， Jiang Z.， Kong L.， Li Y.， Liu J.， J. Membrane Sci.， 2013， 441， 93—101
53	Callow J. A.， Callow M. E.， Wooley K. L.， Langmuir，2005，21， 3044—3053
54	Chen W. J.， Su Y. L.， Peng J.， Dong Y.， Zhao X.， Jiang Z.， Adv. Fun. Mater.，2011， 21， 191—198
55	Chen H.， Zhang P.， Zhang L.， Liu H.， Jiang Y.， Zhang D.， Han Z.， Jiang L.， Nature， 2016， 532， 85—89
56	Peppou⁃Chapman S.， Kong J. K.， Waterhouse A. Neto C.， Chem. Soc. Rev.，2020，49， 3688—3715
57	Wang Z. X.， Yang H. C.， He F.， Peng S. Q.， Li Y. M.， Shao L.， Darling S. B.， Matter， 2019， 1， 115—155
58	Lee H.， Dellatore S. M.， Miller W. M.， Messersmith P. B.， Science， 2007， 318， 426—430
59	Liu Y. L.， Ai K. L.， Lu L. H.， Chem. Rev.，2014，114， 5057—5115
60	Liu M. J.， Wang S. T.， Jiang L.， Nat. Rev. Mater.，2017，2， 17036—17053
61	Jiang J.， Zhu L.， Zhu L.， Zhang H.， Zhu B.， Xu Y.， ACS Appl. Mater. Inter.， 2013， 5， 12895—12904
62	Zhang C.， Liu S.， Tan L.， Zhu H.， Wang Y.， J. Mater. Chem. B， 2015， 3， 5615—5628
63	Reddy S.， Arzt E.， del Campo A.， Adv. Mater.， 2007， 19， 3833—3837
64	Sidorenko A.， Krupenkin T.， Taylor A.， Fratzl P.， Aizenberg J.， Science， 2007， 315， 487—490
65	He X.， Aizenberg M.， Kuksenok O.， Zarzar L. D.， Shastri A.， Balazs A. C.， Aizenberg J.， Nature， 2012， 487， 214—218
66	Zhao H.， Sun O.， Deng X.， Cui J.， Adv. Mater.， 2018， 30， 1802141—1802147
67	Khalil K. S.， Mahmoudi S. R.， Abu⁃dheir N.， Varanasi K. K.， Appl. Phys. Lett.， 2014， 105， 567—570
68	Tian D.， Zhang N.， Zheng X.， Hou G.， Tian Y.， Du Y.， Jiang L.， Dou S. X.， ACS Nano.， 2016， 10， 6220—6226
69	Irajizad P.， Hasnain M.， Farokhnia N.， Sajadi S. M.， Ghasemi H.， Nat. Commun.，2016，7， 13395—13402
70	Stark A. Y.， Badge I.， Wucinich N. A.， Sullivan T. W.， Niewiarowski P. H.， Dhinojwala A.， Proc. Natl. Acad. Sci. USA，2013， 110， 6340—6345
71	Epstein A.， Wong T. S.， Belisle R.， Boggs E.， Aizenberg J.， Proc. Natl. Acad. Sci. USA， 2012， 109， 13182—13187
72	Wei Q.， Achazi K.， Liebe H.， Schulz A.， Noeske P.， Grunwald I.， Haag R.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2014， 53， 11650—11655
73	Liu M. J.， Wang S.， Wei Z.， Song Y.， Jiang L.， Adv. Mater.， 2009， 21， 665
74	Amini S.， Kolle S.， Petrone L.， Ahanotu O.， Sunny S.， Sutanto C. N.， Hoon S.， Cohen L.， Weaver J. C.， Aizenberg J.， Vogel N.， Miserez A.， Science， 2017， 357， 668—673
75	Wong T. S.， Kang S.， Tang S.， Smythe E.， Hatton B.， Grinthal A.， Aizenberg J.， Nature， 2011， 447， 443—446
76	Wang P.， Zhang D.， Sun Y.， ACS Appl. Mater. Inter.， 2016， 8， 1120—1127
77	Wang P.， Lu Z.， Zhang D.， ACS Appl. Mater. Inter.， 2017， 9， 972—982
78	Wang W.， Timonen J. V. I.， Carlson A.， Drotlef D.， Zhang C.， Kolle S.， Grinthal A.， Wong T. S.， Hatton B.， Kang S.， Kennedy S.， Chi J.， Blough R.， Sitti M.， Mahadevan L.， Aizenberg J.， Nature， 2018， 559， 77—82
79	Tesler A. B.， Kim P.， Kolle S.， Howell C.， Ahanotu O.， Aizenberg J.， Nat. Commun.， 2015， 6， 8649
80	Vogel N.， Belisle R. A.， Hatton B.， Wong T. S.， Aizenberg J.， Nat. Commun.， 2013， 4， 2176
81	Chen W.， Fadeev A. Y.， Hsieh M.， Oner D.， Youngblood J.， McCarthy T. J.， Langmuir， 1999， 15， 3395—3399
82	Rolland J.， Van Dam R.， Schorzman D.， Quake S.， DeSimone J.， J. Am. Chem. Soc.， 2004， 126， 2322—2323
83	Cheng D.， Urata C.， Yagihashi M.， Hozumi A.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2012， 51， 2956—2959
84	Urata C.， Masheder B.， Cheng D.， Miranda D.， Dunderdale G.， Miyamae T.， Hozumi A.， Langmuir， 2014， 30， 4049—4055
85	Manna U.， Broderick A.， Lynn D.， Adv. Mater.， 2012， 24， 4291—4295
86	Li J.， Li L.， Du X.， Feng W.， Welle A.， Trapp O.， Grunze M.， Hirtz M.， Levkin P.， Nano Lett.， 2015， 15， 675—681
87	Yu L， Chen G. Y.， Xu H.， Liu X.， ACS Nano， 2016， 10， 1076—1085
88	Liu X.， Leng C.， Yu L.， He K.， Brown L. J.， Chen Z.， Cho J.， Wang D.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2015， 54， 4851—4856
89	Liu X.， Zhou L.， Liu F.， Ji M.， Tang W.， Pang M.， Sun J.， J. Mater. Chem.， 2010， 20， 7721—7727
90	Chen W.， Fadeev A.， Hsieh M.， Oner D.， Youngblood J.， McCarthy T. J.， Langmuir， 1999，15， 3395—3399
91	Rolland J.， Van Dam R.， Schorzman D.， Quake S.， DeSimone J.， J. Am. Chem. Soc.， 2004， 126， 2322—2323
92	Wang L. M.， McCarthy T. J.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2016， 55， 244 —248
93	Liu P.， Zhang H.， He W.， Li H.， Jiang J.， Liu M.， Sung H.， Cui J.， Jiang L.， Yao X.， ACS Nano.， 2017， 11， 2248—2256

[1]	YAO Yiting, LYU Jiamin, YU Shen, LIU Zhan, LI Yu, LI Xiaoyun, SU Baolian, CHEN Lihua. Preparation of Hierarchical Microporous-mesoporous Fe₂O₃/ZSM-5 Hollow Molecular Sieve Catalytic Materials and Their Catalytic Properties for Benzylation [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220090.
[2]	LI Yulong, XIE Fating, GUAN Yan, LIU Jiali, ZHANG Guiqun, YAO Chao, YANG Tong, YANG Yunhui, HU Rong. A Ratiometric Electrochemical Sensor Based on Silver Ion Interaction with DNA for the Detection of Silver Ion [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220202.
[3]	JIA Yanggang, SHAO Xia, CHENG Jie, WANG Pengpeng, MAO Aiqin. Preparation and Lithium Storage Performance of Pseudocapacitance-controlled Perovskite High-entropy Oxide La（Co_0.2Cr_0.2Fe_0.2Mn_0.2Ni_0.2）O₃ Anode Materials [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220157.
[4]	HUANG Qiuhong, LI Wenjun, LI Xin. Organocatalytic Enantioselective Mannich-type Addition of 5H-Oxazol-4-ones to Isatin Derived Ketimines [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220131.
[5]	TAN Yan, YU Shen, LYU Jiamin, LIU Zhan, SUN Minghui, CHEN Lihua, SU Baolian. Efficient Preparation of Mesoporous γ-Al₂O₃ Microspheres and Performance of Pd-loaded Catalysts [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220133.
[6]	HE Beibei, YANG Kuihua, LYU Rui. Construction of Mn-Cu Bimetal Containing Phyllosilicate Nanozyme and Evaluation of the Enzyme-like Properties [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220150.
[7]	ZHANG Zhicai, WANG Yuge, GU Qianqian, LYU Yongpeng, XIAO Jianshu, YIN Yuan, SUN Hongguo, ZHENG Yafang, SUN Zhaoyan. Flocculation of Fillers in Isoprene Rubber and Its Effects on Properties [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220155.
[8]	ZHAO Yingzhe, ZHANG Jianling. Applications of Metal-organic Framework-based Material in Carbon Dioxide Photocatalytic Conversion [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(7): 20220223.
[9]	WANG Lijun, LI Xin, HONG Song, ZHAN Xinyu, WANG Di, HAO Leiduan, SUN Zhenyu. Efficient Electrocatalytic CO₂ Reduction to CO by Tuning CdO-Carbon Black Interface [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(7): 20220317.
[10]	DING Yang, WANG Wanhui, BAO Ming. Recent Progress in Porous Framework-immobilized Molecular Catalysts for CO₂Hydrogenation to Formic Acid [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(7): 20220309.
[11]	WANG Zhengwen, GAO Fengxiang, CAO Han, LIU Shunjie, WANG Xianhong, WANG Fosong. Synthesis and Property of CO₂ Copolymer⁃based UV-curable Polymer [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(7): 20220236.
[12]	JI Fa, LIU Ling, YU Linling, SUN Yan. Effects of Muco-inert and Acid-sensitive Modification on Mucosal Penetration of Nanoparticles [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20210837.
[13]	LU Cong, LI Zhenhua, LIU Jinlu, HUA Jia, LI Guanghua, SHI Zhan, FENG Shouhua. Synthesis， Structure and Fluorescence Detection Properties of a New Lanthanide Metal-Organic Framework Material [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220037.
[14]	JIANG Hongbin, DAI Wenchen, ZHANG Rao, XU Xiaochen, CHEN Jie, YANG Guang, YANG Fenglin. Research on Co₃O₄/UiO-66@α-Al₂O₃ Ceramic Membrane Separation and Catalytic Spraying Industry VOCs Waste Gas [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220025.
[15]	CHEN Weiqin, LYU Jiamin, YU Shen, LIU Zhan, LI Xiaoyun, CHEN Lihua, SU Baolian. Preparation of Organic Hybrid Mesoporous Beta Zeolite for Alkylation of Mesitylene with Benzyl Alcohol [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220086.