[发明专利]一种仿生海洋防污皮肤及其制备方法

说明书

本发明公开了一种仿生海洋防污皮肤及其制备方法，属于仿生材料技术领域。其由底层、多孔微结构层、微胶囊、仿珊瑚触手和仿珊瑚粘液组成，所述的底层由硅橡胶和聚氨酯复合而成，厚度为1～5mm；多孔结构层为硅橡胶材质，的厚度为1～5mm，其多孔结构的孔径1～100μm，多孔结构层中还包含有1～3wt％的微胶囊，所述的微胶囊包裹硅油或或食用油，多孔结构层表面还设有仿珊瑚触手，仿珊瑚触手由硅橡胶制成，触手为梯形圆柱或圆台状，触手高度h的范围为5～15mm，触手圆心间距a的范围为1mm～5mm，触手的末端直径和底部直径比m:n范围为0.5～0.8；仿珊瑚粘液为硅油或或食用油，涂覆在多孔结构层表面。该材料具有强吸附、防污的特点、加入了微胶囊提高了SLIPS稳定性。

技术领域

本发明属于仿生材料技术领域。

背景技术

海洋生物污损是指细菌、藻类，藤壶等海洋中的污损生物粘附在水下表面上的一种现象，浸入海洋中的任何表面均受海洋生物污损的影响。当海洋生物污损发生时，会在水下表面逐渐积累造成表面粗糙度的上升，从而造成船体航行阻力的上升，为了保持航速，则需要更多的燃料消耗，直接带来了运输成本的上升。过量的燃料使用还会增强CO_2、SO₂等温室气体的排放，导致温室效应。生物污损还会加速水下表面的腐蚀，造成表面的破损，影响海洋中设备、设施的安全，同时也增加了维护成本。海洋生物污损还会造成生物入侵，当污损生物随船到达另一个海域时，可能由于没有天敌而对当地的生态系统造成毁灭性破坏。传统的防污防腐涂层由于含有毒物质而逐渐被世界各种禁用，开发新型绿色、高效的防污防腐涂层成为装备表面防护所面临的重大技术难题。

目前新型的无毒防污防腐技术有低表面能型、微纳结构仿生型等，然而低表面涂层与基底附着力差，微纳结构仿生涂层的微纳结构容易在复杂的恶劣环境下被破坏而造成防污性能失效，从而使它们的应用价值大大减少。仿生超滑表面(SLIPS)是一种新型高效、绿色的防污技术，SLIPS是由润滑液/多孔微结构组成的二元表面，目前报道的SLIPS由于润滑液容易在流体冲刷作用下流失而长期使用稳定性较差，并且在基底上的附着力差，这些缺点限制了它们的工程应用。 花环肉质软珊瑚(Sarcophyton trocheliophorum)是一种固着生长在海底岩石上的海洋生物（图1），发明人通过长期观察发现珊瑚在海洋环境中总是保持干净整洁的表面，说明其有防污能力。通过研究发现珊瑚有多重防污策略：（1）SLIPS防污，其表面存在SLIPS液固二元基本结构，通过分泌粘液保持其SLIPS稳定性及表现出防污性能；（2）表面触手扫掠防污，珊瑚表面触手通过摆动使污损生物难以附着。另外的研究发现，珊瑚在流体作用下并不会被冲走，因此其和基底的附着力较大。

发明内容

受上述这些现象的启发，本发明力求克服传统SLIPS防污表面的缺陷，设计了一种与基底附着力增强型自补充粘液双重的仿生海洋防污皮肤及其制备方法。

本发明所采用的技术方案如下：

一种仿生海洋防污皮肤，由底层、多孔微结构层、微胶囊、仿珊瑚触手和仿珊瑚粘液组成，所述的底层由硅橡胶和聚氨酯复合而成，厚度为1～5mm；多孔微结构层为硅橡胶材质，的厚度为1～5mm，其多孔微结构的孔径1～100μm，多孔微结构层中还包含有1～3 wt%的微胶囊（粒径50～1000μm），所述的微胶囊包裹硅油或或食用油，多孔微结构层表面还设有仿珊瑚触手，仿珊瑚触手由硅橡胶制成，触手为梯形圆柱或圆台状，触手高度h的范围为5～15mm，触手圆心间距a的范围为1mm～5mm，触手的末端直径和底部直径比m:n范围为0.5～0.8；仿珊瑚粘液为硅油或食用油，涂覆在多孔微结构层表面。

所述硅油粘度值范围5～10000cps，食用油包括葵花籽油和玉米油。

所述微胶囊的壁材为海藻酸钙，海藻酸钙与硅油/可食用油的质量比范围为2～0.5:1。

一种仿生海洋防污皮肤的制备方法，具体步骤如下：

（1）仿生微胶囊的制备