橡胶材料在防止生物污损中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种橡胶材料在防止生物污损中的应用。本发明专利技术是将橡胶材料贴覆在船舶与水接触的表面，橡胶材料具有防止生物污损的作用。

The application of rubber materials in preventing biological contamination

The invention discloses an application of rubber material in preventing biological fouling. The invention is to cover the rubber material on the surface of the ship and water, and the rubber material has the effect of preventing biological fouling.

【技术实现步骤摘要】
橡胶材料在防止生物污损中的应用
本专利技术涉及一种船舶防止生物污损
，特别涉及橡胶材料在防止生物污损中的应用。
技术介绍
海洋中的动物、植物和微生物等附着在任何浸入海水中的表面的现象称为生物污损。海洋中的船舶，各种设备都深受海洋生物污损的影响，这种影响可以使设备的寿命大大减少。对于船舶来说，这些附着增大了船体的自重和摩擦阻力，使航行速度降低，严重影响船舶的机动性，同时还使油耗增加。在一些极端情况下，这些生物附着甚至威胁着海洋中设备的安全，防止海洋生物污损是必须要解决的一个重要问题。一般来说，海洋生物污损分三个阶段。首先，多糖、蛋白质、蛋白质水解物等有机分子及无机物在船体表面聚积，这个过程形成的膜称为条件膜。然后，细菌，单细胞硅藻就会迅速附着在条件膜表面，与原生动物一起形成微生物膜。在微生物膜内，附着生物分泌的多糖、蛋白质等物质，这种表面会引起藻类，甲壳类幼虫，海洋菌类等的附着，最后是大型污损生物的附着。由上述三个过程可以看出，生物污损是有渐进性的，前一个阶段的污损影响着后面的其它阶段。对于生物污损的第一个阶段，一般认为条件膜是无法避免的，人为不可以控制。目前的防污方法都聚焦在污损的第二个阶段和第三个阶段，即对微生物膜和大型污损生物进行人为干预，现有的防污技术通常的做法是改变材料表面结构，选用低表面能的材料，或者添加一些对污损生物有毒的物质，从而减少海洋生物对设备的附着。当溶液在一定的pH值溶液中，氨基酸所带正电荷和负电荷相等时的pH值，称为该氨基酸的等电点，pH大于等电点时，氨基酸带负电，pH小于等电点时，氨基酸带正电。由氨基酸组成的蛋白质也是两性物质，也有等电点，由于海水的pH一般在7.5-8.4之间，pH高于蛋白质的等电点，这种情况下蛋白质带负电荷。细菌体50％为蛋白质，蛋白质由20种氨基酸按一定的排列顺序由肽键连接而成。不同的细菌有不同的等电点，VIRGINIAP.HARDEN对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌进行过等电点研究，认为大多数细菌等电点的pH值为2～5，当pH值大于等电点时，细菌带负电。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，而提供一种橡胶材料在防止生物污损中的应用。本专利技术是将橡胶材料贴覆在物体与水接触的表面，橡胶材料具有防止生物污损的作用。例如，船舶与水接触的表面，水管内壁表面。所述的橡胶材料为纯硅橡胶；或是硅橡胶掺杂0.36wt％石墨烯和1wt％有机硅季铵盐；或是硅橡胶掺杂0.36wt％石墨烯；或是硅橡胶掺杂0.36wt％石墨烯和1wt％香豆素。表面电荷理论认为材料的防污机制可以从表面电荷来解释，由于蛋白质和细菌在海水中带负电，这些物质在材料表面的吸附过程仍遵循“同性电荷排斥，异性电荷吸引”的原则。采用带负电荷的材料可以有效的对生物污损的第一阶段和第二阶段加以抑制，由于蛋白质带负电，当蛋白质或者其水解物靠近材料表面时，在静电力的作用下，蛋白质会被材料表面所排斥，从而影响了条件膜的形成。细菌也带负电，当细菌靠近材料表面时，和蛋白质一样受材料表面静电力排斥，这样就影响了微生物膜的形成。橡胶材料带有负电荷，能排斥水中生物的附着。Zeta电位当固体与液体接触时，固-液两相界面上就会带有相反符号的电荷，液体中的反号离子在两相界面呈扩散状态分布而形成扩散双电层。Stern模型：扩散双电层可分为两层：一层为紧靠粒子表面的紧密层(亦称Stern层或吸附层)，另一层为扩散层。在扩散层内，有一个抽象边界，在边界内的离子和粒子形成稳定实体。当粒子运动时(如由于重力)，在此边界内的离子随着粒子运动，但此边界外的离子不随着粒子运动。这个边界称为流体力学剪切层或滑动面(slippingplane)。在这个边界上存在的电位即称为Zeta电位。测量Zeta电位的方法主要有电泳法，电渗法，流动电势法，超声波法等。电泳法：是指带电荷的样品，在电场的作用下，向其对应的电极方向按各自的速度进行泳动，从而产生电位差。流动电势法：当电解质溶液在一个带电荷的绝缘表面流动时，表面的双电层的自由带电荷粒子将沿着溶液流动方向运动。这些带电荷粒子的运动导致下游积累电荷，在上下游之间产生电位差，即流动电位。与此相应，带电荷粒子的运动产生的电流叫流动电流。以此来测量zeta电位。材料表面电荷分析Zeta电位近似于材料表面电位，所以可以表征材料表面的电荷性质。合成的四种材料，其组份如下:采用Zeta电位仪对四种材料进行了Zeta电位的测定，使用的溶剂为水溶液，pH滴定为电位仪自动滴定，所用缓冲液为NaOH和HCL，分别测量了在pH5～10范围内材料的Zeta电位。测量结果如下：四种材料的表面Zeta电位通过对Zeta电位的测量，可以发现这四种材料在水溶液中的Zeta电位在pH5～10范围内，均为负值，将测得的数据绘成曲线，如图1所示，可以看出其变化趋势。材料用在海水中，由于海水的pH一般在7.8～8.4之间，而且变化很小，下面以pH＝7和8来说明。掺杂不同成份的四种材料Zeta电位a)纯硅橡胶；b)硅橡胶掺杂0.36wt％石墨烯，1wt％有机硅季铵盐；c)硅橡胶掺杂0.36wt％石墨烯；d)硅橡胶掺杂0.36wt％石墨烯，1wt％香豆素四种材料在pH为7和8时的Zeta电位：a).Zeta电位-22～-26mv(pH＝6.689～7.743)b).Zeta电位-15～-18mv(pH＝7.026～8.198)c).Zeta电位-21～-23mv(pH＝7.089～8.270)d).Zeta电位-28～-31mv(pH＝7.715～7.788)硅胶：通过测量发现其在pH＝7.743时，说明材料表面带负电。GurdevSingh等的实验也证明了硅胶Zeta电位为负，且随着pH值的升高(pH＝2～10)，硅胶水溶液的Zeta电位随之降低。这是由于在水溶液中它的表面为硅羟基所覆盖，当它在碱性和微酸性的条件下，与电解质溶液接触时硅羟基(Si-OH)即解离成SiO-，使表面带负电荷，存在如下反应：季铵盐：在图表中可以看到在pH＝8.198时，说明材料表面带负电。但是和硅胶对比，我们发现其变小。委铵盐为铵离子(NH4+)中的四个氢原子都被烃基(如-CH3，-CH2CH3等)取代而生成的化合物，通式R4NX，X多是卤素负离子(F、Cl、Br、I)，也可是酸根(如HSO4、RCOO等)。离子方程式描述如下：R4NX→R4N++X-可以看出季铵盐解离后的活性部分带正电，影响了材料表面本身的电荷大小。石墨烯：谢群樑等发现石墨烯在溶液中的Zeta电位为负。同时一般氧化还原法得到的石墨烯，这种方法由于还原不彻底，在表面还残留有含氧官能团，如羟基，环氧基，羧基等，在溶液中解离后，也呈负电。在pH＝9.6和pH＝5.1左右，从图中可以看到石墨烯和硅胶的Zeta电位等值，在pH5～9.6之间，含石墨烯的材料电位绝对值较小。这可能是由于石墨烯表面带负电，但是表面电荷比硅胶小，造成材料的平均电荷减小。香豆素：在图中可以看到pH＝7.788时，说明材料表面带负电。香豆素是具有苯骈α-吡喃酮母核的一类化合物的总称。香豆素的α-吡喃酮环具有α，β-不饱和内酯性质，在稀碱液中会逐渐水解生成顺邻羟桂皮酸的盐，而顺邻羟桂皮酸不易游离存在，其盐的水溶液经酸化即闭环恢复成内酯本文档来自技高网...

【技术保护点】
橡胶材料在防止生物污损中的应用。

【技术特征摘要】
1.橡胶材料在防止生物污损中的应用。2.根据权利要求1所述的橡胶材料在防止生物污损中的应用，其特征在于：所述的橡胶材料贴覆在物体与水接触的表面，橡胶材料具有防止生物污损的作用。3.根据权利要求1或2所述的橡胶材料在防止生物污损中的应用，其特征在于：所述的橡胶材料为纯硅橡胶。4.根据权利要求1或2所述的橡胶材料在防止生物污损中的应用，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：田丽梅，金娥，靳会超，商延赓，董世运，李浩智，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22