[发明专利]一种表面具有十字形规则微结构的防污材料的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种海洋环境下防除船舶及海洋结构物表面生物污损的防污材料，特别是涉及一种表面具有十字形规则微结构的防污材料的制备方法，属于海洋防污技术领域。 

背景技术：

海洋生物污损是营固着生活和附着生活的海生物生长在船底或人造设施表面，并造成不利影响的现象。这些生物被称为海洋污损生物，包括微生物、海洋植物和海洋动物等。中国沿海已经记录了600余种污损生物，其中最主要的类群是藻类、水螅、海绵、龙介虫、双壳类、藤壶和海鞘等。海洋污损生物附着在海水中的结构物表面，如船舶、船坞、码头、石油平台、海底电缆、浮标、电厂冷却管道、渔网等，导致严重危害和经济损失，如造成船舶航行阻力增大、管道阻塞、冷却设备导热性降低、渔获量降低等。海洋防污技术是用于防止海洋生物附着污损的技术，最常用的方法是在船舶或结构物的浸海表面上加一防护层，如早先在结构物表面贴铜片、涂沥青等，现在一般是采用防污涂层。 

防污涂层有多种类型，如防污剂型、低表面能型。防污剂型涂层通过防污剂的释放，形成对污损生物附着有抑制作用的浓度层，从而防止生物污损。英国专利GB1457590的专利发明了一种含三苯基锡的防污涂料，其防污效果达到5年以上。然而，这种含毒剂的防污涂层对海洋生态环境造成严重的不利影响，有机锡已逐渐被禁止使用。低表面能型涂层是利用其低表面能的不粘性，使海洋污损生物不易在其表面附着，即使附着也不牢固而易脱落，以达到防污的目的。美国专利US4910252的发明采用室温固化硅橡胶制成一种低表面能防污涂料，其防污期可达2年以上。美国专利US6265515介绍了一种硅-氟树脂低表面能防污涂料，以三甲基甲硅烷封端的聚(甲基氢硅氧烷)与九氟己烯反应制得，该涂料具有较长的防污期。 

除常见的防污剂型和低表面能型外，也有基于其它新原理的防污涂层。如世界专利97-291571发明的截留气体防污涂层，该涂层通过疏水微丝形成渗透隔膜，以控制表面张力而截留气体。在表面和水体之间形成截留气体薄层，降低涂层的流体动力学阻力，防止海生物污损。日本专利公开平5-2284261发明了一种柔韧性和弹性优良的防污涂料，使得海洋生物的附着强度很低，用高压水可轻易去除，弹性层也不会剥离或破坏。上述涂料的基料可为弹性环氧树脂或弹性聚氨酯乳胶。美国专利US20100227111发明了一种表面纤维化防污涂层，由厚度至少在50微米，长度至少在3毫米的的纤维组成。纤维的厚度和长度比例至少是0.01，纤维柱的密度低于40fibres/mm²。该纤维涂层可以直接应用到绳索、建筑配件和船体等海洋材料上。 

由于污损发生在与生物接触的表面，固体表面的性质会显著影响污损生物的附着行为。因此，构建特殊表面可开发出新的无毒防污材料。固体表面的微观结构会影响细菌、藻类孢子和无脊椎幼虫等的附着行为和脱附行为。但并不是所有具有微观结构的表面都能防止生物附着，有些粗糙的表面反而更容易附着污损生物。能够防止生物附着的表面微结构具有特殊的几何参数，特别是尺寸、深度、面积比、图案、曲率等参数至关重要。因此，表面微结构的特殊设计是开发这种无毒防污材料的关键。 

发明内容：

本发明的目的在于针对海洋环境中船舶及海洋结构物表面的生物污损带来严重危害的问题，提供一种表面具有特殊几何参数的微结构的防污材料的制备方法。该微结构呈十字柱状，具有一定的高度和面积比，使其能较好地抑制藻类孢子、硅藻和藤壶幼虫等海生物在材料表面的附着。 

为了实现上述发明目的，本发明的一种表面具有十字形规则微结构的防污材料的制备方法如下： 

该微结构的加工方法为：采用电子束刻蚀方法，在光掩膜上刻蚀出具有十字形图案的微结构，基本单元呈十字柱状，末端呈锥形，交错排布，形成阵列；然后在硅片表面采用等离子体深硅刻蚀工艺，形成规定深度的微结构：微结构的高度为5-20微米，十字部分为突起，此距离是从十字形顶部至底部的距离，其突起面积与侧壁面积比为0.46-0.11；该结构十字形部分是经刻蚀后形成的凹坑。 

所述微结构十字最长处为15微米，十字宽为3微米，基本单元间距为3.4微米。 

防污材料的制备：将硅片平放，有微结构的一面向上，利用一次性胶带缝边围合，形成以硅片为底，以胶带为壁的上开口容器；然后将聚二甲基硅氧烷液体滴在硅片表面，使聚二甲基硅氧烷铺满硅片表面；放入真空干燥器中抽真空除去气泡；静置直至聚二甲基硅氧烷固化，待室温条件下完全固化后将聚二甲基硅氧烷薄膜从边沿揭开，即可在聚二甲基硅氧烷材料表面形成表面具有十字形规则微结构的防污材料。