[发明专利]一种亲疏水交互分布微结构表面制备方法

说明书

本发明属于海洋防污材料制备技术领域，具体涉及一种亲疏水交互分布微结构表面制备方法，将电子束刻蚀设定图案的光掩膜覆盖在单晶硅表面，刻蚀出设定深度的设定图案，以刻蚀后的单晶硅表面为阴模，利用刻蚀翻模获得具有设定结构的疏水性有机硅微结构表面，通过等离子体处理、双氧水活化、憎水液体封孔、清洗和水凝胶灌注的过程，在有机硅微结构中有序填充水凝胶，获得结构规整的亲疏水交互分布微观阵列表面，通过控制微观阵列中水凝胶的高度，调节亲疏水交互分布微结构表面中亲疏水区域的投影面积占比和空间面积占比，解决亲疏水性与微观结构相结合的问题，提高微结构材料的广谱防污性能，用于防除船舶和海洋结构物表面的生物污损。

技术领域：

本发明属于海洋防污材料制备技术领域，具体涉及一种亲疏水交互分布微结构表面制备方法，制备亲水水凝胶与疏水有机硅交互分布的微结构表面，用于防除船舶和海洋结构物表面的生物污损。

背景技术：

海洋生物污损是营固着生活和附着生活的海生物生长在船底或人造设施表面，并造成不利影响的现象。任何浸入海水的结构物都会遭受到污损生物附着的问题，污损生物在结构物表面的附着会带来极大的危害，如造成船舶航行阻力增大、管道阻塞、换热器导热性降低和海水养殖渔获量降低等问题，采取有效措施防止海洋生物污损具有重要意义。

海洋防污最常用的方法是在船舶或结构物的浸海表面上涂装防污涂层，如防污剂型涂层通过释放化学物质，形成对污损生物附着有抑制作用的浓度层，从而防止生物污损。中国专利201010135154.3公开的一种船舶及海洋设施用的防污涂料可以通过调整鳞片玻璃组成的配方比例，或者调整鳞片玻璃在该防污涂料中的百分含量来控制Cu+的释放速度；中国专利200910030819.1公开的一种低毒海洋防污涂料的制备方法以Cu₂O中空亚微球单独、或包埋无毒有机防污剂作为防污剂制备低毒海洋防污涂料；上述专利产品均具有较好的防污作用，但由于含锡或铜等防污剂在海洋环境中聚积会影响生态环境，已逐渐被禁止使用或限制使用，急需发展低毒或无毒的绿色防污技术手段。

污损释放型防污涂层通过设计特殊的表面特性，使海洋污损生物不易在其表面附着来实现防污的目的，如美国专利4910252公开的一种防污涂料组合物；美国专利6265515公开的含氟化硅树脂的防污组合物。另外，特殊设计的微观结构可减少特定污损生物的附着位点，防止其附着，是这类防污材料的重要特性之一，如中国专利201110256062.5公开的一种尺度可调控多孔微结构表面防污材料，由有机硅丙烯酸共聚树脂、胺类成核促进剂和固化剂按体积比例混合后制得；中国专利201110376218.3公开的一种表面具有十字形规则微结构的防污材料的制备方法；中国专利200910018937.0公开的一种球形突起微结构表面防污材料的制备方法，利用铰链有有机硅凝胶微粒的丙烯酸酯树脂混合液与具有低表面能特性的树脂按比例混合后涂膜制得。由于不同污损生物对选择性拒绝的结构特征不尽相同(Biofouling,2006,22:55-60)，仅利用微观结构的设计来实现广谱防污还存在一定困难。此外，亲疏水性也是污损释放型防污材料的重要特征，兼具亲疏水性分子结构的材料表面具有良好防污性能(Langmuir,2006,22:5075-5086.)，若将亲疏水性与特殊设计的微观结构相结合，将有助于提升材料的广谱防污性能，而如何制备是开发这种材料的关键。因此，研发设计一种亲疏水交互分布微结构表面制备方法，解决亲疏水性与微观结构相结合的问题，提高微结构材料的广谱防污性能，很有应用前景。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计一种亲疏水交互分布微结构表面制备方法，通过特殊设计的有机硅微结构表面等离子体处理、双氧水活化、憎水液体封孔、清洗和水凝胶灌注等过程，在有机硅微结构中有序填充水凝胶，形成亲疏水交互分布微结构表面。