研究进展——仿生污损释放型防污涂料

    中船重工725所制备了具有不同表面的物理特性、化学特性以及结构特征的材料，采用硅藻、石莼孢子等污损生物研究了材料表面物理特性、化学特性以及结构特征等对污损生物附着的影响规律。材料的弹性模量和表面能等物理特性参数对不同污损生物附着的影响规律是不一样的。表面能越低，硅藻的静态附着数量越少，但附着力越高;表面能对石莼孢子的影响规律恰恰相反，表面能越低，石莼孢子的静态附着数量越多，附着力越低，且附着力与防污材料表面静态水接触角的余弦值呈反比。弹性模量对污损生物的静态附着过程基本没有影响，但对于污损海生物的附着力(或脱附率)影响显著，污损海生物的附着力均随涂层弹性模量的降低而降低，且污损生物的脱附率与弹性模量的1/2次方呈线性关系。通过在材料表面修饰双离子特性分子，研究双离子特性分子的堆积密度和链段长度对生物附着的影响规律。研究结果表明，表面化学接枝双离子性分子的链段长度对生物的静态、动态污损性能均有显著性影响，随着链段长度的增加，生物的静态附着数量减少，脱除率增加;堆积密度对生物的静态附着及动态脱除情况均无显著性影响。

  中船重工725所研究团队制备了具有不同结构形态、几何尺寸、高度和间距的结构特征材料表面，应用硅藻、石莼孢子等污损生物研究了微形貌结构特征对生物附着的影响机制。研究表明，结构特征对生物附着的影响是综合性、多因素作用的结果。该结果与微形貌结构特征的顶部面积、结构的投影面积以及侧面积均有非常重要的联系。经过对研究结果的总结，他们提出了对结构特征进行表征的参数TPW，其表达式如式(1):

 

该参数涵盖了微结构高度、间距、周长面积比、凸起部分所占比例等参数对生物附着的影响。实验结果表明，微结构对硅藻附着的抑制率Y与TPW间存在良好的相关性，其关系符合对数关系Y=60.92－14.6ln(TPW)，随着TPW值的增加，对生物附着的抑制率减少，而TPW值越小，对硅藻附着的抑制率越大。设计了TPW为0.5以下的不同微结构，进行了生物附着试验，并将对生物附着的抑制率试验结果与利用上述规律预测的抑制率结果进行对照，以验证建立关系的可靠性，结果见表1。由表1可以看出，所建立的TPW表征参数可以较好地对利用微形貌结构特性对生物附着进行抑制的情况进行表征预测，可靠性较高。

 

表1 TPW对硅藻附着抑制率的预测值与实测值比较