高性能仿生防污涂料的制备及防污处理研究

摘要

本文针对目前舰船的绿色防污、减阻降噪等问题，根据海洋中浮游生物附着污染船体的规律及仿生学与防污原理，提出采用仿生海豚皮+表皮增加防污复合功能团的解决方案：选用疏水性高性能、丙烯酸系高分子材料为涂料基体，再配合亲水性天然无毒高分子柿丹宁抗菌吸水树脂，使用互穿网络方法复合形成具有亲水性-疏水性物质微相分离表皮结构的涂料。涂料表面吸水树脂在海水中均匀溶涨，模拟海豚在游动时分泌黏液的行为，能产生阻断海洋生物生存基础和减阻降噪效果。同时将无毒的纳米级无机抗菌剂及金属抗菌剂均匀分布在涂料内，制样后进行了为期6个月的实海挂板实验。采用各种国际标准对涂料进行了性能测试，利用扫描电子显微镜观察生成的纳米氧化锌颗粒形貌和涂膜的表面形态，利用透射电子显微镜表征了无机及金属抗菌剂在涂料中的分散状态。各种性能测试及海试实验结果表明：
　　 采用互穿网络方法制备的聚丙烯酸酯树脂，探讨了单体、引发剂用量、温度、时间等对树脂性能的影响，结果显示具有良好的耐候性、机械强度、粘附力和疏水性，疏水性丙烯酸系高分子基体材料与亲水性柿丹宁吸水树脂复合成涂料，涂膜吸水后表面产生了明显的微相分离表皮结构，这种结构类似于鲨鱼皮肤的微米级细小鳞片结构，且吸水树脂吸水后成水凝胶，使材料表面润滑，类似于鱼类皮肤分泌粘液的现象；此两方面就是对鱼类皮肤的仿生。采用高分子纳米复合技术制备了的氧化锌粒子达到了有效的抗菌纳米级别。柿单宁、吸水树脂、无机纳米氧化银粒子以及助剂等都有一定的抗菌防污效果，在聚丙烯酸酯中复合并涂装后，涂层能产生梯度层次毒杀污染船体的海洋生物效果，进一步增强了防污功能，对防污涂料的微结构与性能进行分析和表征，研究防污组分的抗菌机理以及仿生结构对船舶防污效果、对海洋生态的影响；探讨材料的防污机理，该项研究为船舶的防污、减阻降噪提供了一种新方法，为完善仿生防污涂料作用的机理和应用技术提供了依据和参考，是一种绿色海洋高性能防污涂料。