[发明专利]一种可自愈合的防腐防污一体化涂层材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种可自愈合的防腐防污一体化涂层材料及其制备方法和应用。所述涂层材料包括苯乙烯系热塑性弹性体与溶剂；所述溶剂为具有低表面能及较高沸点的润滑液，同时为苯乙烯系热塑性弹性体中硬链段的不良溶剂，软链段的良溶剂。在室温下苯乙烯链段聚集，作为物理交联点，与其他嵌段形成物理交联网络，形成具有可逆交联能力的物理油凝胶；其可逆物理交联过程使其能在凝胶化温度前后实现可逆的交联过程，赋予凝胶在光/热刺激下的自愈合能力。通过“高温溶解‑低温凝胶”的可逆凝胶化过程构建具有自愈合性能的防腐防污一体化涂层材料。本发明方法简便，原料廉价易得，简化了润滑油灌注型涂层的制备工艺，通过“高温溶解‑低温凝胶”，一步法构建凝胶涂层，实现防腐防污一体化涂层的大面积制备，方法简单，有利于其大规模应用和工业化生产。

技术领域

本发明涉及涂层材料技术领域，更具体地，涉及一种可自愈合的防腐防污一体化涂层材料及其制备方法和应用。

背景技术

海洋的开发和利用对我国经济和社会发展具有重大的战略作用。然而，由于海洋环境高湿、高盐等特点，海上重大基础设施和装备材料都面临着严重的海洋腐蚀问题。同时，海洋装备还会受到由贝壳、藤壶、藻类等生物附着引起的生物污损的影响，影响其使用性能。目前，市场上通常采用外层防污、内层防腐的双层防护体系，该涂层体系不仅厚度大、成本高，两种涂层间的兼容性也成为问题。因此，开发兼具防腐、防污功能的一体化涂层对于增加海洋装备服役寿命，推动海洋经济发展至关重要。

目前报道的防污涂层主要类型包括以有机锡和氧化亚铜为代表的防污剂型涂层，和以超亲水与超疏水表面为代表的超浸润涂层。然而，防污剂的使用对海洋生态环境会造成严重损害，目前欧美等国家已经通过立法等措施严格限制该类型涂层的使用。同时，超亲水涂层化学与力学稳定性差，较难实际应用；而在水下防污应用中，具有超疏水的表面在水下往往长期稳定性差，超疏水表面吸附的气膜一旦被水取代，其较高的比表面积及较高的界面能会诱发生物的附着，带来更严重的生物污损问题。而且传统防腐涂层如环氧树脂往往为热固性物质，抗弯折性差，不适合弯曲表面如管道外壁的涂装，在应力作用下容易产生缺陷，影响腐蚀防护效果。

受猪笼草启发，Joanna Aizenberg等人(Wong T S,Kang S H,Tang S K Y,etal.Bioinspired self-repairing slippery surfaces with pressure-stableomniphobicity[J].Nature,2011,477(7365):443-447.)于2011年提出润滑液灌注型超滑表面(SLIPS)的概念，其设计想法是在低表面能的多孔材料中灌注一层润滑油，这样有效解决了低表面能液体或外界动能冲击下液体浸润表面微纳结构破坏问题，在防腐、防污、防冰等领域都具有突出优势。然而润滑液灌注表面构建往往包含粗糙/多孔结构构建、疏水化改性和润滑剂灌注三个步骤，步骤繁琐，且常见的粗糙/多孔结构构建方法如水热法、电化学沉积法、刻蚀法等都对基底材料有要求，因此应用规模较小。

此外，将油性润滑液灌注在有机凝胶材料中所得到的润滑剂灌注型油凝胶，具有更低的弹性模量，在防污领域的应用更具优势。例如，Amini等人(Amini S,Kolle S,Petrone L,Ahanotu O,et al.Preventing mussel adhesion using lubricant-infusedmaterials.Science,2017,357(6352):668–673)在二氧化硅粗糙表面和聚二甲基硅烷网络结构中灌注润滑油构建润滑液灌注表面，二者都相较于两种成熟的商用抗污染涂层对贻贝有更好的抗粘附性能。然而，虽然低模量的润滑液灌注油凝胶涂层材料具有优异的抗生物污损性能，但是较低弹性模量的油凝胶涂层材料力学性能较差，往往不能抵抗外界的磨损破坏，尤其是通过共价键交联形成的油凝胶在损伤后不具有自修复的能力，很难在实际上推广和使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供一种可自愈合的防腐防污一体化涂层材料。

本发明的另一目的是提供所述可自愈合的防腐防污一体化涂层材料的制备方法。