中科院宁波所在防污涂料方面研究突破
2016-04-12 11:37:50
作者：本网整理来源：
近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋功能材料研究团队借鉴海洋生物表皮具有的天然抗污损性能，选取了具有代表性的三种海藻作为研究对象系统探究了不同微结构的形状、尺寸和间距大小对海藻附着能力的影响，并从微观结构、材料的表面润湿性和污损生物自身特点这三方面系统分析了涂层的防污机理。
海洋环境中多种污损生物，如藤壶、藻类、牡蛎、贻贝等在船舶外壳、海洋建筑物、养殖网箱等表面上无选择性地大面积粘附或沉积的现象很普遍。海生物污损会增加船底粗糙度引起船舶航行阻力增加、能耗与排放加剧，加速海洋设施、建筑等结构件污损腐蚀而显著缩短它们的寿命，导致养殖网箱、定置捕捞的网衣等网孔、管道堵塞，损坏海洋仪器、导致仪器传动机构失灵、信号失真、性能降低。海生物污损给船舶等海洋人工装备和设施造成严重的危害，用防污涂料保护是最有效的方法。
随着环保要求越来越高，研制环保无毒的防污涂层是海洋防污技术发展的主要方向。中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋功能材料研究团队针对海洋生物污损这一普遍存在的问题，借鉴海洋生物表皮具有的天然抗污损性能，基于有机硅树脂较低的表面能和生物表皮所具有的微观结构这两点，在有机硅改性丙烯酸树脂涂层表面构筑了多种仿生物表皮微结构、仿不同型号砂纸微结构以及多种几何尺寸的微观凸柱、凹坑和沟槽状规则结构，并选取了具有代表性的三种海藻作为研究对象，系统探究了不同微结构的形状、尺寸和间距大小对海藻附着能力的影响，并从微观结构、材料的表面润湿性和污损生物自身特点这三方面系统分析了涂层的防污机理。研究发现：
（1）与传统模拟快速游行生物表皮结构不同，制备了仿荷叶、蟹壳、芋头叶和玫瑰花瓣表皮结构的有机硅涂层，如图1所示，排除了水流冲刷作用对涂层防污性能的影响，并与传统鲨鱼表皮仿生结构对照。结果表明，仿荷叶、蟹壳和甲鱼壳正负微结构的织构化涂层对舟形藻和新月藻均具有较好的防污性能，最佳防污效果分别高达74%和73%（海藻附着量的降低率）。相关研究结果发表于RSC Advances,2015,5,36874-36881。
（2）砂纸常见易得，通过简单高效的模板法在改性有机硅涂层表面实现了一系列大面积仿砂纸微结构的构筑。结果表明，不同型号的砂纸微结构表现出对海藻不同的防污性能，5000目型号的砂纸对三种海藻具有广谱的防污效果，微结构防污机制如图2所示。相关研究结果发表于RSC Advances,2015,5,97862-97873。
（3）仿生结构多为不规则形状，为了获得普适性的经验公式或规律，在涂层表面构筑了一系列不同直径和间距的微观凸柱、凹坑和沟槽等微结构，系统研究了涂层表面规则微结构的形状和几何尺寸对不同海藻的防污性能。微结构的形状和尺寸都与涂层的防污性能有较强相关性，微/纳凸柱造成的“架桥”，微/纳凹坑形成的“气垫”可有效降低海藻与涂层的附着面积和附着强度，从而可有效降低海藻附着，微/纳凸柱之间区域和凹槽造成的“镶嵌”会明显加重海藻附着，据此建立了微结构、几何参数和藻类吸附表现的构效关系，如图3所示。相关研究结果发表于Applied Surface Science,311(2014)703-708。
图1.(a-c)仿荷叶正结构，(d-f)仿荷叶负结构，(g-i)仿蟹壳正结构，(j-l)仿蟹壳负结构防污涂层。
图2.不同型号砂纸微结构的防污机制
图3.舟形藻在不同微结构表面的附着状态和附着量
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