[发明专利]高性能仿生防污复合涂料及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属于涂料制备领域，具体涉及一种高性能仿生防污复合涂料及其合成方法。

背景技术

海洋生物污损船壳主要以浮游生物为主。海洋中的浮游生物一旦接近已附着细菌群体的浸海船体表面时，便会发生以下过程：表面接触—表面滑动—找寻适当位置—分泌粘液增强附着—系列变态生长并附着于浸海物体表面—不断繁殖生长扩大。全世界海洋中的污损生物有2000多种，在船底常见的附着生物有藤壶、牡蛎、贻贝、树枝虫、海鞘、绿藻、褐藻、浒苔、花筒螅等数十种。其中藤壶、牡蛎、贻贝等在船底附着之后，生长迅速。它们在生长过程中将产生一种张力，能剪开和破坏漆膜；同时这些生物还会分泌出有机酸，而大大加速船底钢板的腐蚀，降低舰船的使用寿命。目前有效的船底防污涂料一般含有机锡等，但这些成分对海洋生态有害，受到国家相关组织的限制。另外，污损生物的大量附着会增加舰船自重和航行阻力，增加燃油消耗，严重影响舰船性能。有资料表明，船底污损严重时，其海洋生物堆积层可达十多厘米厚，每平方米重量达二十余公斤，这对于近万平方米船底的船舶来说将增重二百余吨。英国国际油漆公司曾经根据1500多艘船舶进坞情况，统计出如下数据：船底污损5％，燃料将增耗10％；船底污损10％，燃料将增耗20％；船底污损大于50％，燃料将增耗40％以上。数据显示，万吨以上的远洋轮，每年的经济损失超过100万美元。所以，高性能舰船防污材料的研究与应用在降低舰船维护费用、减少燃料费用、维持船舶推进效率、抑制二氧化碳排放量、保护地球生态环境等方面，不仅具有非常重要的现实意义，而且还具有很高的经济效益和社会效益。

仿生防污涂料是一种全新的防污概念，它是从生物附着机理出发，寻找防污高分子材料。如通过对一些生物的表皮状态进行模仿，赋予涂层以特殊的表面性能，如低表面能、微相分离等，使海洋生物不易附着或者附着不牢。美德科学家已深入研究了鲨鱼、海豚的表皮结构，并通过仿生的方法，利用化学手段模拟这些表层结构, 并取得了一定进展。美国佛罗里达大学的材料科学研究小组根据鲨鱼防止海生物附着的原理，研制了一种对海洋环境无害的防污涂料。其表面由无数细小的菱形凸起物组成，该菱形凸起物长约为15μm，还有凸起的“肋骨”，在显微镜下可以清晰地看到其图案构成，这种名为Gator Sharklet的新型涂层在实验室测试中发现其防污、减阻效果明显，同时能分泌出粘液，使表皮非常光滑，能够阻止海生物的附着。日本的关西涂料公司和中国涂料公司也进行了相关方面的工作，其采用亲水性－疏水性物质微相分离表皮结构的涂料作为防污材料，涂层表面在海水中均匀溶涨，模拟海豚在游动时分泌粘液的行为，能产生防污和减阻效果，可谓真正意义上的仿生防污涂料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供高性能仿生防污复合涂料及其合成方法，该仿生防污复合涂料表面能模拟鲨鱼的皮肤，具有良好的抗污减阻效果。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

高性能仿生防污复合涂料，其特征在于：它由A组分丙烯酸基体树脂、B组分仿生功能基体树脂和助剂混合而成，所述丙烯酸基体树脂和仿生功能基体树脂的质量比为6～10:1，所述的助剂为Fe₂O₃和TiO₂，按重量百分比计，Fe₂O₃为A组分丙烯酸基体树脂和B组分仿生功能基体树脂重量和的2％～4％，TiO₂为A组分丙烯酸基体树脂和B组分仿生功能基体树脂重量和的1％～2％；           

所述的丙烯酸基体树脂是由丙烯酸和甲基丙烯酸中的一种、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸羟乙酯中的一种、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸-β-羟乙酯引发聚合而得到的。按重量份计，丙烯酸或甲基丙烯酸 10～50，丙烯酸乙酯或甲基丙烯酸乙酯 20～80，甲基丙烯酸甲酯 20～80，丙烯酸丁酯50～100，丙烯酸-β-羟乙酯10～50，苯乙烯10～50；

所述的仿生功能基体树脂是在丙烯酸中加入氢氧化钠至65～75%（重量百分数）的丙烯酸被中和为丙烯酸钠，然后向其中加入柿单宁质量浓度为1～5g/L的柿单宁溶液，再添加丙烯酰胺、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和水溶性无机过氧类引发剂，30～40℃反应至粘稠状而得到的，按重量份计，丙烯酸100～150，柿单宁溶液 100～200，丙烯酰胺10～50。

按上述方案，所述的高性能仿生防污复合涂料还包括C组分，按重量计C组分的用量为A组分和B组分总重量的1/10～1/6；