[发明专利]一种仿生阵列结构表面防污减阻材料

说明书

本发明属于海洋防污材料技术领域，具体涉及一种仿生阵列结构表面防污减阻材料，借鉴人厌槐叶萍叶片表面微观结构，采用树脂材料制备表面结构，然后利用硅烷偶联剂和纳米SiO₂接枝修饰仿生结构头部，采用PDMS浇铸法获得根部疏水特性，利用有机硅材料结构和疏水性达到防污和减阻效果，放入海水中后，表面会形成一层水下空气层，阵列结构和空气层可起到抗生物附着和减阻的作用；其特殊的结构和表面特性，制备方法简单，原料易得，具有仿生交叉环状柱头结构和疏水特性，可用于快艇、UUV、水下滑翔机、船舶、水下航行器等表面，防止污损生物附着、减小运行阻力、降低船舶能耗，具有潜在的应用前景。

技术领域：

本发明属于海洋防污材料技术领域，具体涉及一种仿生阵列结构表面防污减阻材料，能够在海洋环境中，防除船舶表面附着污损生物，减小船舶运行阻力。

背景技术：

海洋生物污损会对船舶等造成严重危害，包括增大船舶航行阻力、破坏设施防护涂层和腐蚀船体基材等。防污减阻材料是防除船舶外表面水下生物污损、减小船体运行阻力的最外层防护材料。生物污损发生在与生物接触的海水材料界面处，使船体粗糙度增加，航行阻力增大。船体表面状态直接影响污损生物的附着行为。构建可抑制污损生物附着且具有减阻性的表面是新型防污减阻材料的研发方向。中国专利201710009658.2公开的一种水下静音、减阻、防污仿生壳体，硬质壳基体外表面分布平行状或放射状U型沟槽，U型沟槽由在基体外表面上若干条微型脊状结构形成，在各沟槽内基体外表面上有呈规则点阵分布的球冠形凹坑，脊状结构宽度即U型沟槽壁厚度为0.01mm～2cm，槽壁高度为0.01mm～2cm，平行状U型沟槽宽度为2mm～10cm，放射状U型沟槽的最大宽度为2mm～10cm，U型沟槽内基体外表面上分布的球冠形凹坑底圆直径为0.2mm～1cm，凹坑间距为0.2mm～5cm，U型沟槽内基体外表面上分布的球冠形凹坑深度占基体厚度的0.1％～50％。中国专利202010179457.9公开的一种微结构表面防污材料，组成包括端羟基聚二甲基硅氧烷、固化剂、丙烯腈接枝有机硅树脂和水溶性有机胺，端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度为300-20000厘泊，固化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、二丁基二乙酰基锡等中的一种与硅40、硅40改性物或三烷氧基硅烷中的一种混合形成的复配物，三烷氧基硅烷是三甲氧基硅烷和三乙氧基硅烷，三甲氧基硅烷包括甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和氨基丙基三甲氧基硅烷，三乙氧基硅烷包括甲基三乙氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷，丙烯腈接枝有机硅树脂中丙烯腈的质量百分比为1-10％，水溶性有机胺为水溶性仲胺、伯胺，包括乙二胺、三乙烯四胺、二乙烯三胺，能够在氢键中形成电子供体。中国专利CN201710556739.4公开的一种微结构与防污活性物质协同防污材料，由若干个呈圆形井筒状结构的微结构基本单元形成的矩阵式排列组成，微结构基本单元的外径为20微米，微结构基本单元的内径为10微米，微结构基本单元的间距为20微米，微结构基本单元的深度为5-20微米，微结构基本单元的内部下层填充有防污活性物质，微结构基本单元的内部上层填充有封闭剂；所述微结构基本单元为聚二甲基硅氧烷有机硅表面微结构；防污活性物质包括异噻唑啉酮、Econea、柳酰胺类防污剂、Irgarol和吡啶硫酮锌；封闭剂包括聚二甲基硅氧烷硅油、全氟聚醚、石蜡和聚乙二醇水凝胶。中国专利201711241565.9公开的一种一种微纳结构与疏水改质改性相复合的仿生减阻表面结构，包括：基底层、肋条、弧形凸台和充气孔；其中，肋条、弧形凸台和充气孔均设置在基底层上，一方面形成了表面层的沟槽结构，另一方面具有疏水斜坑结构；肋条等间距排布在基底层上，肋条高度为：5～10um，相邻两个肋条之间的间隔为：50～100um；相邻两个肋条之间排布有弧形凸台；其中，各弧形凸台等间距排布，相邻两个弧形凸台沿肋条方向的间隔为：100～200um；两个相邻弧形凸台之间设置有一充气孔，充气孔的直径为：5～10um；肋条高度大于弧形凸台高度；其中，各弧形凸台呈设定倾斜角度设置在基底层上，两个相邻弧形凸台与基底层形成密排孔；其中，设定倾斜角度为：5°～90°；当设定倾斜角度为90°时，基底层的具体结构包括：设置在基底层底面的一敞口空腔；其中，充气孔设置在基底层上、与所述敞口空腔联通；当设定倾斜角度不为90°时，基底层的具体结构包括：一气体腔和一进气口；其中，充气孔设置在基底层上、与所述气体腔联通，进气口设置在所述气体腔的顶端或尾端；密排孔、气体腔、敞口空腔均充满气体，形成非连续分布的气垫，从而减小了水流与减阻表面的固液接触面积，达到减阻目的，气垫非连续分布易于长久保持气体封存状态。上述专利产品均属于空气层防污减阻材料，存在结构单一、制造复杂等问题。因此，研发设计一种制备方法简单、拥有复杂结构的空气层防污减阻材料是急需解决的技术问题。