[发明专利]一种含稀土/防污剂的防污凝胶粒子及其制备方法

说明书

本发明研制了一种含稀土/防污剂的防污凝胶粒子及其制备方法，属于化工材料技术领域。首先采用溶剂‑凝胶法制备白炭黑作为载体，通过硅烷偶联剂改性后，加入稀土铈溶液获得具有良好分散性的稀土抗菌白炭黑，再通过自由基共聚法将稀土抗菌白炭黑及防污剂共包覆，使制备的防污凝胶兼具亲水特性抗菌附着及防污剂杀菌双重防污机制，稀土物质的加入，一方面可大大提高防污剂的防污效率，另一方面由于稀土抗菌白炭黑表面富含大量羟基，可与酰胺基形成分子内或/和分子间氢键，显著增强防污凝胶粒子的力学性能，达到持久防污效果。本发明提供含稀土/防污剂的防污凝胶粒子制备工艺简单，原料来源丰富，可有效降低生产成本。

技术领域

本发明属于化工材料技术领域，具体地说，本发明涉及一种含稀土/防污剂的防污凝胶粒子及其制备方法。

背景技术

我国海域辽阔，在广袤的海洋环境中生活着超过1700多类4000多种的生物，其中大多数都会成为污损生物。若不采取有效的防治措施，海洋中的船舶、桥梁、石油钻井平台、管道等设施都很容易被海洋生物附着。海洋生物污损会增加船舶的航行阻力，降低航速，增加燃料消耗，加速材料腐蚀，影响了我国武器装备的战斗力，不但会增加维护频率及成本支出，还会增加温室气体排放，影响气候变化等。目前解决污损问题最具广谱性和有效性的方法，是在海洋装备表面涂覆防污涂料，现用防污涂料主要为含氧化亚铜自抛光防污涂料，其工作原理为依靠氧化亚铜防污剂渗出，毒杀、抑制海生物污损生长，并且含氧化亚铜的防污涂料效果较久，但经研究表明，防污涂料释放的氧化亚铜最终降解产物为碱式碳酸铜，它往往会超过海水中的溶解度，从而在海港中大量积聚，将给海洋环境造成了严重的潜在危害，严重破坏海洋生态平衡，欧洲及美国部分地区已经开始限制它们的使用范围和使用量，这样间接限制了某些武器装备功能的有效发挥。因此，开发一种低毒高效的新型环保长效防污涂料是新一代武器装备发展的迫切需求。

其中亲水性高分子三维网络构成的水凝胶材料，由于其超吸水性，可在表面形成一层很薄的水化层，有效阻止蛋白质等在其表面的吸附，同时水膜的高弹性形变作用，在海水摆动下会在一定范围内形成机械摇摆，从而进一步降低其污损生物粘附作用，为我们环境友好型防污涂料拓宽了思路。而稀土元素由于其特殊的电子层结构，易与水、空气等体系发生催化反应，产生O₂和•OH活性氧自由基，将水中的分子电离，从而增加水中负离子的浓度，这种负离子具有较优异的抗菌功能。此外，稀土离子有强烈的渗透到生物体内的独特特性，能有效击穿细胞膜，促进抑菌物质快速达到细胞内部，使细胞蛋白质变性而完成灭菌，从而与抗菌物质产生协同效应，将其与防污剂进行复配时，可大大减少防污剂的用量及提高防污效率，其中铈是地壳中含量最高的稀土元素，具有良好的开发前景。近年来随着有机锡的禁用，吡啶系防污剂由于具有较好的防污效果，且在海水中见光易分解的特点，在国内自抛光防污涂料中外作为复配防污剂组分已被大量使用，但在水凝胶类型的防污涂料中报道较少，且均为添加稀土物质，调高防污效率。

例如，中国专利申请号为201510236375.2，申请公开日为2015年8月26日的专利申请文件公开了一种新型水凝胶防污涂层制备方法。该专利将PVA凝胶放入含KPS的AAm溶液中进行浸泡，得到PVA/PAAm双网络结构的水凝胶，干燥成微粉后与环氧树脂进行混合，制备成水凝胶防污涂层，具有一定的防污效果，但水凝胶未进行强化处理，影响了水凝胶本身的力学性能，制备成防污涂料后无法起到长久的防污效果，在10个月时已经失效。

又如，中国专利申请号为201811215424.4，申请公开日为2019年2月22日的专利申请文件公开了一种缓释硅油的水凝胶及其在海洋防污涂料中的应用。该专利采用丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺和N-异丙基丙烯酰胺共聚，通过酰胺基和羟基形成分子内或/和分子间氢键，增强水凝胶的刚性，但由于N-羟甲基丙烯酰胺不超过10%，且其自带羟基不足，对水凝胶强度增强有限；且该涂层在浅海浸泡6个月后防污性能下降均超过8%，表明通过缓释硅油增强防污性能的方法具有一定的局限性。