專利名稱：一種脊?fàn)钗⒔Y(jié)構(gòu)表面的防污材料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海洋生物污損防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種防污材料及其制備方法，特別是針對(duì)海洋環(huán)境下防除船舶殼體表面的附著海生物而設(shè)計(jì)的一種仿生防污材料制備方法， 該材料表面可形成模擬鯊魚表皮鱗片表面的脊?fàn)钗⒔Y(jié)構(gòu)特征。
背景技術(shù)：
海水中存在著大量的海洋生物，這些海洋生物對(duì)長期處于海水環(huán)境中的船舶殼體表面產(chǎn)生附著，其附著作用會(huì)增大船舶的行進(jìn)阻力，嚴(yán)重影響船舶的航行速度，增加燃油消耗，同時(shí)還會(huì)破壞船舶殼體表面的防腐涂層，從而造成船體表面的腐蝕破損，嚴(yán)重影響其安全性；因此，尋找合適的途徑防止海洋生物對(duì)船舶殼體表面等部位的污損具有非常重要的意義。目前，用來防止海洋生物污損的主要途徑就是在船舶殼體表面涂刷防污涂料，這類涂料主要是以含有機(jī)錫、氧化亞銅或DDT為主，是通過所含防污劑對(duì)生物體的強(qiáng)烈毒殺作用而進(jìn)行防污的；但是這類涂料在毒殺附著海洋生物的同時(shí)，也會(huì)對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，正在逐步被禁止使用；因此尋找新的無毒防污材料是非常必要的。仿生防污材料是指具有能夠模仿生物體特有的表觀結(jié)構(gòu)特征、生理功能特性或者含有從海洋生物中提取到具有防污活性物質(zhì)的一類防污材料。這類材料由于是通過所具有的仿生特性進(jìn)行防污，不含對(duì)環(huán)境具有破壞作用的防污劑，與自然環(huán)境間具有較高的適應(yīng)性，是對(duì)環(huán)境友好的新型無毒防污材料。海洋環(huán)境中存在著大量的植物、動(dòng)物，其中部分植物、動(dòng)物對(duì)污損生物的附著具有較好的抑制作用；目前研究較多的仿生防污材料是利用從海洋植物中提取具有防污活性的物質(zhì)后，將其添加到防污涂料中制備而成，如中國專利“仿生無毒艦船防污涂料及其制法”(公開號(hào)CN1392208)公開了一種將從海洋藻類中提取的生物堿和從海綿生物中提取的肽類化合物作為防污活性物質(zhì)添加到樹脂基料中，與溶劑、助劑等制備成仿生防污涂料。如果某種生物在海水環(huán)境中的行進(jìn)速度較為緩慢，該生物一般會(huì)成為污損生物如藻類、藤壺等的理想附著對(duì)象，這與船舶在停泊狀態(tài)或低速行駛過程中會(huì)在船殼表面發(fā)生嚴(yán)重的生物污損現(xiàn)象是相似的。但是，有些生物卻具有截然不同的表現(xiàn)， 如大型海洋哺乳動(dòng)物鯊魚，整日處于海水環(huán)境中，并且在非捕食狀態(tài)的多數(shù)情況下行進(jìn)較為緩慢，但是其身體表面沒有任何的污損生物附著。研究表明，鯊魚表皮的這種防污特性與其表皮特有的表觀結(jié)構(gòu)特征和生理功能具有非常密切的關(guān)系。分析認(rèn)為，鯊魚表皮存在大量的鱗片結(jié)構(gòu)，這些鱗片上又存在著大量有規(guī)則的脊?fàn)钗⒔Y(jié)構(gòu)，而這些微結(jié)構(gòu)的存在顯著減小了污損生物在鯊魚表皮的有效附著面積，從而使得污損生物在附著過程中附著點(diǎn)數(shù)減少，無法形成足夠的附著力而最終無法形成附著。通過模擬鯊魚表皮鱗片的脊?fàn)钗⒔Y(jié)構(gòu)特征等可以為制備防污材料提供新途徑；目前，針對(duì)仿生微結(jié)構(gòu)特性制備防污材料的研究國內(nèi)外都有所開展，但是其普遍存在著制備過程復(fù)雜，不適合規(guī)?；a(chǎn)等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，針對(duì)海洋環(huán)境下防除船舶殼體表面的附著海生物而設(shè)計(jì)提出一種具有仿生微結(jié)構(gòu)特征的防污材料制備方法，是解決海洋環(huán)境下船舶殼體表面生物污損的環(huán)境友好型防污材料。該材料通過模擬鯊魚表皮鱗片具有的脊?fàn)钗⒔Y(jié)構(gòu)特征，減小污損生物的有效附著面積和附著點(diǎn)數(shù)，使污損生物在材料表面難以形成足夠的附著力，達(dá)到抑制其附著的目的；該材料對(duì)生物污損的抑制過程不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生任何負(fù)面作用，對(duì)環(huán)境友好；其制備工藝基于化學(xué)法制備具有仿生微結(jié)構(gòu)特征的防污材料，制備過程簡單，適合規(guī)?；a(chǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的防污材料以聚二甲基硅氧烷(PDMS)彈性體為基體材料，在對(duì)基體材料表面進(jìn)行羥基化處理后，先將鈦酸四丁酯(Ti(OBu)4)吸附在基體材料表面形成表面吸附，再利用鈦酸四丁酯(Ti(OBu)4)的水解特性，在聚二甲基硅氧烷 (PDMS)彈性體表面水解形成TiO2凝膠膜層，然后利用聚丙烯酸(PAA)乙醇溶液與TiO2膜層進(jìn)行自組裝反應(yīng)，即可制得表面具有脊?fàn)钗⒔Y(jié)構(gòu)特征的防污材料；所述的鈦酸四丁酯 (Ti(OBu)4)在羥基化處理后的聚二甲基硅氧烷(PDMS)彈性體表面發(fā)生的化學(xué)吸附反應(yīng)是將聚二甲基硅氧烷(PDMS)彈性體浸沒放置在鈦酸四丁酯(Ti(OBu)4)的乙醇溶液中發(fā)生，溶液組成中鈦酸四丁酯(Ti(OBu)4)和乙醇的體積比為1 75 1 80，反應(yīng)時(shí)間3 5分鐘，即得表面吸附有鈦酸四丁酯(Ti(OBu)4)的聚二甲基硅氧烷(PDMS)彈性體；所述水解形成TiO2凝膠膜層是所述的表面吸附有鈦酸四丁酯(Ti(OBu)4)的聚二甲基硅氧烷(PDMS)彈性體在水中浸沒放置3 5分鐘后形成；所述的自組裝反應(yīng)是由表面形成T^2凝膠膜層的聚二甲基硅氧烷(PDMS)彈性體浸沒放置在聚丙烯酸(PAA)乙醇溶液中進(jìn)行的，反應(yīng)時(shí)間為 12 16小時(shí)，其聚丙烯酸(PAA)乙醇溶液中聚丙烯酸與乙醇的體積比為1 10 1 30; 乙醇為無水乙醇；其制備的材料所形成的脊?fàn)钗⒔Y(jié)構(gòu)為Λ字形，結(jié)構(gòu)間連續(xù)、有規(guī)則，其中脊?fàn)钔黄鸶叨仍?00 400納米，間距3 5微米。本發(fā)明材料的制備方法利用了分子自組裝原理，形成的表面微結(jié)構(gòu)特征抑制了生物在材料表面形成污損時(shí)的發(fā)生條件——生物體或生物體分泌黏液必須要與材料表面充分接觸并產(chǎn)生足夠附著力。其設(shè)計(jì)的制備工藝方法簡單，適合規(guī)?；a(chǎn)，對(duì)環(huán)境友好；材料的表面具有規(guī)則、連續(xù)的脊?fàn)钔黄鸾Y(jié)構(gòu)，可以顯著減小污損生物體(或生物體分泌黏液) 與材料表面的有效接觸面積，減少附著點(diǎn)數(shù)，使得污損生物體在材料表面無法產(chǎn)生足夠的附著力，最終無法形成附著，達(dá)到抑制生物污損的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與現(xiàn)有的聚二甲基硅氧烷(PDMS)彈性體材料相比，其防污性能明顯提高，其防硅藻附著率提高76%以上。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1 表面吸附鈦酸四丁酯(Ti (OBu)4)的聚二甲基硅氧烷(PDMS)彈性體制備本實(shí)施例先將鈦酸四丁酯(Ti (OBu)4)與無水乙醇按照1 75 80的體積比制成鈦酸四丁酯(Ti(OBu)4)的乙醇溶液；然后，將羥基化處理后表面富含羥基的聚二甲基硅氧烷(PDMS，IcmX Icm)彈性體樣片放置于溶液中浸沒反應(yīng)3 5分鐘后取出，再用無水乙醇對(duì)表面進(jìn)行沖洗，即可得到表面吸附鈦酸四丁酯(Ti(OBu)4)的聚二甲基硅氧烷(PDMS)彈性體；實(shí)驗(yàn)控制參數(shù)如表1所示表1 表面吸附鈦酸四丁酯(Ti(OBu)4)的聚二甲基硅氧烷(PDMS)彈性體制備的實(shí)驗(yàn)控制參數(shù)
權(quán)利要求
1. 一種脊?fàn)钗⒔Y(jié)構(gòu)表面的防污材料制備方法，其特征在于涉及的防污材料以聚二甲基硅氧烷彈性體為基體材料，在對(duì)基體材料表面進(jìn)行羥基化處理后，先將鈦酸四丁酯吸附在基體材料表面形成表面吸附，再利用鈦酸四丁酯的水解特性，在聚二甲基硅氧烷彈性體表面水解形成TW2凝膠膜層，然后利用聚丙烯酸乙醇溶液與TiA膜層進(jìn)行自組裝反應(yīng)，即可制得表面具有脊?fàn)钗⒔Y(jié)構(gòu)特征的防污材料；所述的鈦酸四丁酯在羥基化處理后的聚二甲基硅氧烷彈性體表面發(fā)生的化學(xué)吸附反應(yīng)是將聚二甲基硅氧烷彈性體浸沒放置在鈦酸四丁酯的乙醇溶液中發(fā)生，溶液組成中鈦酸四丁酯和乙醇的體積比為1 75 80，反應(yīng)時(shí)間 3 5分鐘，即得表面吸附有鈦酸四丁酯的聚二甲基硅氧烷彈性體；所述水解形成TiO2凝膠膜層是所述的表面吸附有鈦酸四丁酯的聚二甲基硅氧烷彈性體在水中浸沒放置3 5分鐘后形成；所述的自組裝反應(yīng)是由表面形成TiO2凝膠膜層的聚二甲基硅氧烷彈性體浸沒放置在聚丙烯酸乙醇溶液中進(jìn)行的，反應(yīng)時(shí)間為12 16小時(shí)，其聚丙烯酸乙醇溶液中聚丙烯酸與無水乙醇的體積比為1 10 30;其制備的防污材料所形成的脊?fàn)钗⒔Y(jié)構(gòu)為Λ字形，結(jié)構(gòu)間連續(xù)、有規(guī)則，其中脊?fàn)钔黄鸶叨仍?00 400納米，間距3 5微米。
全文摘要
本發(fā)明屬于海洋生物污損防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種針對(duì)海洋環(huán)境下防除船舶殼體表面的附著海生物而設(shè)計(jì)的仿生防污材料制備方法，材料表面可形成模擬鯊魚表皮鱗片表面的脊?fàn)钗⒔Y(jié)構(gòu)特征，涉及的防污材料以聚二甲基硅氧烷為基體材料，在對(duì)基體材料表面進(jìn)行羥基化處理后，先將鈦酸四丁酯吸附在基體材料表面形成表面吸附，再利用鈦酸四丁酯的水解特性，在聚二甲基硅氧烷表面水解形成TiO2凝膠膜層，然后利用聚丙烯酸乙醇溶液與TiO2膜層進(jìn)行自組裝反應(yīng)，即得表面具有脊?fàn)钗⒔Y(jié)構(gòu)特征的防污材料；其制備工藝簡單，原理可靠，環(huán)境友好，產(chǎn)品性能好，生產(chǎn)率高，防污防腐效果優(yōu)良，可形成工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C08L83/04GK102304233SQ20111016297
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者楊黎暉, 王利, 藺存國 申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所