寧波材料所在織構(gòu)化防污涂層方面取得研究進展

    人類賴以生存的地球約71%的部分為遼闊的大海。人類的活動諸如海洋漁業(yè)、海洋交通運輸、海鹽業(yè)、海洋油氣開采和運輸、海水淡化、濱海旅游等都面臨一個共同的困擾—海洋生物污損。海洋生物體在船舶上的附著既增加了船體重量又加重了船體材料的腐蝕，從而增加了不必要的動力消耗。隨著污損程度的增大，最終會影響船舶的機動性和戰(zhàn)斗性能。此外，生物污損還嚴重的威脅著海洋設施如儀器儀表、管道閥門等和水產(chǎn)養(yǎng)殖的正常運行和生產(chǎn)。海洋生物污損對經(jīng)濟、環(huán)境和生態(tài)三方面都帶來了負面影響。因此，防除生物污損在經(jīng)濟上和軍事上具有非常重要的作用。

　　防除生物污損最有效的方法是涂裝防污涂料。傳統(tǒng)的有機錫防污涂料因其對海洋生態(tài)危害較大，已被國際海事組織禁止。目前市場上具有較好防污效果的海洋防污涂料，主要為含有低毒安全防污劑的涂料和具有低表面能型防污涂料兩大類，低表面能主要指有機硅系列和有機氟系列。純有機硅或有機氟材料雖然具有一定的防污效果，但其缺點也比較明顯，如PDMS樹脂存在粘結(jié)性差、強度低等力學性能方面的缺點，并且固化溫度高不便于施工，價格比較昂貴。因此，很有必要對有機硅進行化學改性，以克服上述缺點。

　　中科院寧波材料所烏學東研究團隊選用有機硅改性丙烯酸酯作為涂層材料，借鑒海洋生物表皮具有的天然防污特性，在有機硅改性丙烯酸樹脂固化的同時通過模板法構(gòu)筑了三種規(guī)則的織構(gòu)（微/納凸柱，凹槽和凹坑），系統(tǒng)測定了涂層對絲藻、新月藻和舟形藻三種海洋環(huán)境中常見藻類的防污性能，發(fā)現(xiàn)：表面織構(gòu)化可顯著提高涂層的海洋防污性能，最佳條件下對絲藻、新月藻和舟形藻附著量可依次降低92%、81%、73%，織構(gòu)的形狀和尺寸都與涂層的防污性能有較強相關性，微/納凸柱造成的“架橋”，微/納凹坑形成的“氣墊”可有效降低海藻與涂層的附著面積和附著強度，從而可有效降低海藻附著，微/納凸柱之間區(qū)域和凹槽造成的“鑲嵌”會明顯加重海藻附著，據(jù)此建立了織構(gòu)化形貌、幾何參數(shù)和藻類吸附表現(xiàn)的構(gòu)效關系。

　　以上研究結(jié)果發(fā)表于表面工程領域重要期刊Applied Surface Science, 311(2014)703-708，已申請國家發(fā)明專利一項（201310223520.4），同時應《中國表面工程》期刊編輯部邀請，基于表面工程設計在環(huán)保型海洋防污材料領域中的重要應用，撰寫了特邀論文“綠色海洋防污材料的表面構(gòu)筑研究進展” ，2014, 27(5): 14-31。以上研究工作得到了國家重點基礎研究發(fā)展973計劃（2014CB643305）、浙江省創(chuàng)新團隊（2011R50006）等項目的資助。