[发明专利]一种海洋防腐拒油涂层及其制备方法

说明书

本发明提出了一种海洋防腐拒油涂层及其制备方法，采用底漆层和面漆层的结构，面漆层作为表面功能层，在水下呈现超疏油的状态，能够有效抑制有机物的粘附，同时涂层中的ZnO能够抑制微生物膜的形成；同时，超疏水的底漆层可以防止涂层因吸水而导致的脱落失效；此外，采用的PDMS安全、环保，与各种基体的粘附力好，使得涂层的稳定性大大提高；采用喷涂的方法，解决了纳米粒子分布不均匀的问题，且该方法安全环保，简便易行，可大规模制备且对金属以外的不同基体材料均适用。

技术领域

本发明涉及功能涂层领域，尤其涉及一种海洋防腐拒油涂层及其制备方法。

背景技术

涂装金属广泛用于海洋工程，但涂层在长期海水侵蚀和紫外辐射下，不仅会造成涂层降解，而且海生物或微生物在涂层材料表面粘附繁殖，其代谢产物很容易造成涂层的早期破坏和剥离。大量海生物的粘附会造成船体表面过于粗糙，使航行阻力和燃油消耗大大增加，而且有些海洋生物分泌的有机酸和生物作用还会加速船体腐蚀，缩短船舶使用寿命。强化海洋防腐涂层的抗生物污损性能，对于延长船舶服役寿命、降低远洋运输的能耗具有重大的经济意义。

研究表明，海洋生物污染大概可以分为两个阶段：首先是有机分子(油脂、蛋白质等)的吸附，然后是微生物(细菌、真菌、藻类等)聚集成膜。因此，如何抑制有机物的粘附是非常关键的，其中最有效的方法就是防污涂层。

超亲水涂层表面的接触角小于10°，且涂层表面容易捕获水膜，具有防污和自清洁等优良性能。而当超亲水涂层在水下环境时，涂层表面捕获的水膜能有效抑制油性污染物与涂层表面的接触，因而表现出水下超疏油性能，可用作水下超疏油自洁涂层。

聚乙二醇、聚乙烯醇、壳聚糖类聚合物常用作水下超疏油材料。专利CN104804116A和CN104861755A公开了含亲水基团或两性离子基团的水下超疏油材料，这些聚合物水凝胶材料透明性好且具有优异的水下疏油性能，然而其容易吸水膨胀导致力学性能下降并从基体表面剥离，因此很少直接用作涂层。

另外，通过电化学刻蚀、模板法、溶胶凝胶法等在材料表面构造微纳米结构也能使材料获得水下超疏油性能。专利CN105063738A公开了一种通过电化学刻蚀制备水下超疏油表面的方法，将钛合金在NaCl和H₂O₂组成的中性电解液中进行电化学刻蚀，使其获得具有微米级的凹坑和空腔结构，但是电化学刻蚀法只能应用于金属基材。专利CN101220165报道了以天然鱼鳞作为模板得到具有与鱼鳞相反结构的聚二甲基硅氧烷模板的方法，并以此模板对亲水物质进行赋形，获得表面微纳米结构，然而模板法制备过程比较复杂，不适合大规模制备。中国专利CN104610875A和CN105906219A公开了硅氧烷前驱体的溶胶凝胶法制备具有粗糙结构水下疏油涂层的方法，而专利CN101704955A则以壳聚糖的醋酸溶液和纳米二氧化硅的氢氧化钠溶液为原料，采用一步法制备了具有微纳粗糙结构的水下超疏油表面，从而防止水下油污粘附。尽管溶胶-凝胶法能获得大面积的水下超疏油表面，但这种方法制备的涂层力学性能不佳、易剥落、耐水性差，防腐蚀性差。

因此，高耐久性、高耐蚀性以及良好普适性的防污涂层仍亟待发展。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种高耐久性、高耐蚀性以及良好普适性的海洋防腐拒油涂层及其制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种海洋防腐拒油涂层，其包括疏水的底漆层和水下疏油的面漆层，其中，面漆层附着在底漆层表面，所述底漆层包括PDMS和疏水化的纳米SiO₂粒子，PDMS和修饰后的纳米ZnO粒子。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述底漆层中，PDMS和疏水化的纳米SiO₂的质量比为(2～4)：1，底漆层的厚度为5～20μm。