[发明专利]一种具有抗藻类附着性能的仿生织构化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋防污技术领域，尤其涉及一种具有抗藻类附着性能的仿生织构化材料及其制备方法。 

背景技术

海洋环境中存在着大量的海洋生物，这些海洋生物会在长期处于海洋环境中的设施与装备表面附着形成生物污损。如藤壶、藻类、牡蛎，贻贝，石灰虫，浒苔，海鞘，海葵等在船舶外壳、海洋建筑物、养殖网箱等表面上无选择性地大面积粘附和沉积，导致了严重的经济损失和安全隐患。如造成船舶航行阻力增大、增加燃油消耗；造成管道堵塞，破坏建筑物表面的防腐涂层，造成腐蚀破坏。目前生物生物污损防治途径主要是通过添加有机锡、氧化亚铜等物质达到防污的效果，这类物质对附着海生物体有强烈的毒杀作用，但同时也会对鱼类、贝类造成毒害，并且会在生物体内积累，对海洋生物环境造成很大的影响，有机锡已于2008年被禁用，氧化亚铜也正在逐步被禁止使用。因此开发新型无毒高效的防污技术变得至关重要。 

美国、德国和英国的科学家观测了鲨鱼、海豚等大型海洋动物的表皮结构，这些表皮的表面存在微米级沟槽，同时能分泌出粘液，这样的特殊结构能够阻止海生物的附着，科学家们一直在寻找合适的化学手段模拟这些生物表层结构的方法，并也取得了一定的进展。如美国华盛顿大学化学教授Karen L.Wooley通过制备得到具有微相分离的疏水和疏油两性聚合物来模仿海豚皮肤的外形和组织，探寻调节生物学系统与人工合成材料间相互作用的方法，设计能阻碍生物附着的化学功能性基团来模拟海豚的皮肤。德国的Antonia Kesel和Ralph Liedert教授研究合成了一种“鲨鱼皮肤”，并且认证选用低表面能材料、表面具有凸起跨度材料能减少大部 分的藤壶附着，若使这类材料表皮以每小时5-6英里的速度在水中运动，几乎可移除任何生物的附着。 

专利200810093373.2将可水解的硅油丙烯酸树脂、含防污活性功能基团的改性硅树脂、甲基硅树脂、三乙烯四胺制得防污材料，形成具有规律性的凹凸微结构表面；专利200910018937.0先利用含氢硅油与(甲基)丙烯酸烯丙酯硅氢加成，合成含可聚合双键的有机硅组份，再与丙烯腈、丙烯酸酯类单体进行自由基共聚，形成铰链有有机硅凝胶微粒的丙烯酸酯树脂混合液再与树脂混合后涂膜形成球形突起微结构表面防污材料；专利201110256062.5中设计了一种尺度可调控多孔微结构表面防污材料，由有机硅丙烯酸共聚树脂和胺类成核促进剂和固化剂于室温条件下形成尺度可调式多孔微结。专利201110376218.3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，采用聚二甲基硅氧烷翻模复制的方法制备成微结构防污材料。 

因此，通过仿生方法，寻找合适的防污材料，利用化学手段对一些海洋动物的表皮结构进行模仿，赋予涂层以特殊的表面性能，如表面能，表面模量和表面形貌等，能够有效防除污损生物的附着。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗藻类附着性能的仿生织构化材料的制备方法，该仿生织构化材料能较好地抑制舟形藻和新月藻等藻类海生物在长期处于海洋环境中的设施表面附着形成生物污损。 

为实现上述目的，本发明以蟹壳、荷叶等生物表皮或叶片等天然物质为模板，选用有机硅弹性体作为过渡模板，获得仿生织构化有机硅改性丙烯酸聚氨酯防污材料。 

一种抗藻类附着性能的仿生织构化材料的制备方法，包括以下步骤： 

（1）生物模板预处理：清洗生物模板，并吹干； 

（2）具有反形貌的有机硅弹性体模板制备：将聚二甲基硅氧烷预聚体与交联剂的混合物在室温下预固化1～5h，并除去混合液中的气泡；然 后将该混合物浇注在生物模板表面，在50～150℃下固化8～15h；将固化后形成的有机硅弹性体模板从生物模板上剥离，得到具有反形貌的有机硅弹性体模板； 

（3）具有正形貌的有机硅弹性体模板制备：以步骤（2）得到的具有反形貌的有机硅弹性体模板替换步骤（2）中的生物模板，采用与步骤（2）相同的方法制备具有正形貌的有机硅弹性体模板； 

（4）具有正形貌的仿生织构化涂层制备：将有机硅改性丙烯酸树脂、多异氰酸酯和有机溶剂充分混合，静置去除混合液中的气泡，然后将混合液浇注在步骤（2）得到的具有反形貌的有机硅弹性体模板上，在50～150℃下固化8-18h，将固化后形成的涂层从有机硅弹性体模板上剥离，得到具有正形貌的仿生织构化涂层；