仿荷叶低表面能防污涂层的制备与性能研究

摘要

海洋污损生物给舰船及海洋钻井平台等海洋设施造成了严重困扰。随着传统毒料释放型以及有机锡自抛光等防污涂料的淘汰，研发新型环境友好型防污涂料是当务之急。自然界中荷叶表面具有特殊微纳米结构与疏水蜡状物质，使其具有优异的超疏水与防沾污自清洁性能，对防污涂料具有重要的借鉴意义。本文以荷叶表面为模型，采用低表面能树脂结合仿荷叶表面微结构，进行了防污涂料的研究。
　　在低表面能树脂方面，根据有机氟树脂具有优异的低表面能性能但其弹性模量大、性脆以及有机硅树脂具有良好的弹性，低表面能性能比有机氟树脂差的特点，通过化学改性将两种树脂有机的结合在一起。由于这两类树脂与基材附着力均比较差，因此在改性体系中引入附着力优异的环氧树脂进行改善，制备了有机硅-有机氟-环氧树脂三体系复合的新型低表面能改性树脂。通过对三个部分树脂用量进行优化，得到了附着力为1级，与水接触角达到96°的新型低表面能树脂。
　　在表面微结构构建方面，采用直接成膜法配合微纳米级填料构建表面微结构。为提高纳米二氧化硅在高分子聚合物中的分散性，并赋予其突出的疏水性，本文采用硅烷偶联剂KH550与羟基氟树脂作为改性剂对纳米二氧化硅进行了表面协同改性。探讨了改性温度与改性剂用量对改性效果的影响。得出改性温度为70～80℃，硅烷偶联剂的用量为纳米粉体质量的5.1％，羟基氟树脂用量在纳米粉体质量的4％左右，改性效果最佳，其活化率达到96％以上，改性后纳米粒子与水的接触角在150°以上。
　　结合改性低表面能树脂与改性纳米二氧化硅，采用直接成膜法与微米、纳米级填料填充作用进行了仿荷叶表面微结构涂层的制备。对成膜过程中溶剂体系的挥发速度与纳米粉体用量对表面微结构的影响进行了分析，优化得出以二甲苯∶醋酸丁酯∶MIBK=7∶2∶1的复合溶剂体系作为涂料溶剂。通过对涂料常规力学性能与疏水性能的测试，对改性树脂与微纳米粉体的用量进行了优化，得到在改性树脂∶纳米粉体∶微米粉体=1∶0.3∶0.15的比例下涂膜的综合性能最佳。此时涂膜接触角为137°，表面能3.99mN·m-1，附着力为1级、冲击强度为50Kg·cm，柔韧性1mm，硬度为3H。