一种提高材料抗贻贝附着性能评价效率的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高材料抗贻贝附着性能评价效率的方法，以盐酸多巴胺在材料表面的自聚合过程实现对贻贝附着过程的模拟；通过盐酸多巴胺自聚合反应条件的调控，使材料表面最大限度的沉积聚多巴胺；盐酸多巴胺自聚合反应条件为：碱性溶液pH为8.5～10；盐酸多巴胺浓度15～21mmol/L；沉积促进剂浓度为50～200mmol/L；沉积调节剂浓度为20～100mmol/L；反应时间为168～240h；反应温度为20～30℃；沉积后对试样进行清洗；采用聚多巴胺膜的沉积量来评价贻贝污损量。本发明专利技术评价过程无需进行繁琐的微生物培养，简便易行、评价结果可量化，相比实海挂片法，可显著提高评价效率，适用于金属、非金属材料抗贻贝附着性能的评价。

【技术实现步骤摘要】
一种提高材料抗贻贝附着性能评价效率的方法
本专利技术属腐蚀学领域，涉及一种腐蚀及生物污损试验方法，具体是指一种用于评价材料抗贻贝附着性能的方法。
技术介绍
材料在水环境中的服役过程，不可避免的面临污损及微生物腐蚀的考验。以海水环境为例，材料浸入海水中后的数秒钟内，有机大分子、有机体碎屑及无机物就会吸附在其表面，随后的数分钟内就会有大量细菌附着，而数天内硅藻等微生物开始附着；随后的数天至数月内就会有大型污损生物附着，这其中以贻贝、藤壶最为常见。大型污损生物的附着导致舰船阻力增大、海工构筑物自重增大、腐蚀失效、管路堵塞等一系列问题。对材料的抗贻贝附着性能进行评价是研发防污新材料、新技术的必要工作。如前所述，贻贝是主要的污损生物物种之一。对材料表面抗贻贝等大型污损生物附着性能的评价，目前已有一些方法，但尚存在诸多不足。中国国家标准GB/T7789“船舶防污漆防污性能动态试验方法”将防污漆试板安放在转子试验装置上，在天然海水中按一定周期连续运转，模拟船舶航行状态。与此相似的是，美国材料与试验协会标准ASTMD3623“在浅浸状态下防污板的试验方法”规定了低表面能涂层防污性能的浅海挂板评价方法。该方法首先对吸附到涂层表面的物质进行分类标记，例如将有机物、无机物、细小碎石标记为一类；低等藻类及硅藻标记为一类；污损生物幼体记为初始污损；表面出现藤壶、贻贝、牡蛎等大型污损生物时则考察其附着面积。防污性能评价公式为：FR＝1-A-B；其中FR为防污性能、A为大型污损生物附着面积与整个试样面积之比；如果试样表面有污损生物幼体则B记为0.05，否则记为0；FR值越大则防污性能越好。上述方法可客观反映材料在挂板海域内包括防大型污损生物附着性能在内的防污性能，但其试验周期长、可重复性差、无法满足防污材料开发阶段大量筛选试验对于该效评价的要求。鉴于实际海洋环境挂板评价方法的不足，实验室评价方法受到关注，专利CN102023130A公开了一种流道式海洋生物附着力测试装置，该装置利用大宽高比的矩形测试腔在测试样品表面形成稳定发展的湍流并利用压差传感器测试样品表面不同位点的压力差，通过计算获得材料表面污损生物附着力数据。该装置由水循环系统和自动控制系统组成，水循环系统包括沉降室、测试腔、光源和水槽；自动控制系统包括压差变送器、变频泵、流量计、压力变送器、可编程控制器和计算机。进行测试时首先须在海域采集污损生物并进行培养，而后使污损生物在试样表面进行附着，再将附着有污损生物的试样放入测试装置进行测试。该方法实现了对污损状况的自动化及量化评价，但仍需要进行繁琐的生物培养、装置结构复杂，评价效率低。对贻贝黏附机理的研究结果表明，贻贝分泌的黏附蛋白(Mefps)是其能够在物体表面牢固附着的物质基础，而其水解后的氨基酸片段中含有大量的多巴(DOPA)残基，含有DOPA黏附蛋白Mefps的黏附性能随着DOPA含量的增加而增强。这表明DOPA可用于对贻贝的黏附进行仿生模拟，然而，现有研究均集中在采用DOPA类物质对高分子链段进行改性从而获得仿生黏结材料。利用DOPA类物质提高材料抗贻贝粘附性能评价效率相关研究或专利尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有方法所存在的不足，提供一种提高材料抗贻贝附着性能评价效率的方法，适用于金属、非金属材料抗贻贝附着性能的评价。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种提高材料抗贻贝附着性能评价效率的方法，其特征在于，以盐酸多巴胺在材料表面的自聚合过程实现对贻贝附着过程的模拟；通过盐酸多巴胺自聚合反应条件的调控，使材料表面最大限度的沉积聚多巴胺。盐酸多巴胺自聚合反应条件为：碱性溶液(pH为8.5～10)；盐酸多巴胺浓度15～21mmol/L；沉积促进剂浓度为50～200mmol/L；沉积调节剂浓度为20～100mmol/L；反应时间为168～240h；反应温度为20～30℃。沉积后对试样进行清洗；采用聚多巴胺膜的沉积量来评价贻贝污损量，沉积量由下式计算：其中：z为沉积量(mg/cm2)；wn为自聚合反应后试样重量(mg)；w0为自聚合反应前试样重量(mg)；s为试样表面积(cm2)。沉积量越小，表明所测试样耐贻贝污损性能越好，反之则表明所测试样耐贻贝污损性能越差。所述盐酸多巴胺自聚合反应条件包括碱性溶液及pH值、盐酸多巴胺浓度、沉积促进剂浓度、沉积调节剂浓度、反应时间、反应温度。所述碱性溶液为三(羟甲基)氨基甲烷水溶液、NaOH水溶液、氨水中的一种。盐酸多巴胺可在碱性有氧条件下发生自聚合反应，生成聚多巴胺并沉积在材料表面。pH值过低，自聚合反应速率过慢。pH值过高，不利于聚多巴胺的均匀分布。三(羟甲基)氨基甲烷水溶液浓度为10mmol/L，NaOH水溶液浓度为0.1mmol/L；氨水浓度为0.5mmol/L；上述溶液均采用HCl或NaOH调pH值为8.5～10。所述盐酸多巴胺浓度对其自聚合反应过程有重要影响。盐酸多巴胺浓度过低时，参与自聚合反应的单体数量少，影响沉积膜完整性和沉积速率；盐酸多巴胺浓度过高时，自聚合反应过快、不利于聚多巴胺在材料表面的均匀形核，进而影响聚多巴胺膜的均匀性。可在碱性有氧条件下发生自聚合反应，该反应与贻贝黏附蛋白在材料表面的黏附过程十分相似。盐酸多巴胺的邻苯二酚基团在含氧水溶液中很容易被氧化，生成具有邻苯二醌结构的多巴胺醌化合物。多巴胺与多巴胺醌两者能够发生反歧化反应，产生半醌自由基，随后耦合从而形成交联键，进而在材料表面形核“生长”。所述促进剂在盐酸多巴胺自聚合过程中提供氧化性物质，促进聚多巴胺在材料表面的沉积。促进剂浓度过低，聚多巴胺沉积速率慢；促进剂浓度过高，自聚合反应过快，导致聚多巴胺膜均匀性不佳。促进剂为过硫酸铵、过氧化氢中的至少一种。所述沉积调节剂可抑制盐酸多巴胺自聚合反应过快进行，从而使材料表面沉积的聚多巴胺膜更均匀。沉积调节剂为乙醇、磷酸钠、磷酸二氢钠中的一种或几种。所述反应时间是影响材料表面聚多巴胺膜层沉积量及其的微观形态的重要因素。反应时间过短，材料表面不能形成完整连续的聚多巴胺膜层；反应时间过长，材料表面聚多巴胺沉积量并不继续增加，导致评价效率降低。所述反应温度也是盐酸多巴胺自聚合反应的主要影响因素。适宜的反应温度可使聚多巴胺颗粒趋于细小并更均匀的附着于试样表面。反应温度过低，聚多巴胺沉积速率低、沉积量少；反应温度过高，易因蒸发而导致溶液浓度波动并且增加金属试样的腐蚀风险。本专利技术的有益效果是：本专利技术的提高材料抗贻贝附着性能评价效率的方法，评价过程无需进行繁琐的微生物培养，简便易行、评价结果可量化；相比实海挂片法，可显著提高评价效率。适用于金属、非金属材料抗贻贝附着性能的评价。具体实施方式本专利技术一种提高材料抗贻贝附着性能评价效率的方法的实施例及比较例见表1。实施例1～9和比较例所采用材料为船用钢AH32，实施例10采用的材料为聚四氟乙烯。实施例和比较例的具体效果见表2。表1本专利技术的实施例及比较例表2实施例及比较本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高材料抗贻贝附着性能评价效率的方法，其特征在于，以盐酸多巴胺在材料表面的自聚合过程实现对贻贝附着过程的模拟；通过盐酸多巴胺自聚合反应条件的调控，使材料表面最大限度的沉积聚多巴胺；盐酸多巴胺自聚合反应条件为：碱性溶液pH为8.5～10；盐酸多巴胺浓度15～21mmol/L；沉积促进剂浓度为50～200mmol/L；沉积调节剂浓度为20～100mmol/L；反应时间为168～240h；反应温度为20～30℃；沉积后对试样进行清洗；采用聚多巴胺膜的沉积量来评价贻贝污损量，沉积量由下式计算：/n

【技术特征摘要】
1.一种提高材料抗贻贝附着性能评价效率的方法，其特征在于，以盐酸多巴胺在材料表面的自聚合过程实现对贻贝附着过程的模拟；通过盐酸多巴胺自聚合反应条件的调控，使材料表面最大限度的沉积聚多巴胺；盐酸多巴胺自聚合反应条件为：碱性溶液pH为8.5～10；盐酸多巴胺浓度15～21mmol/L；沉积促进剂浓度为50～200mmol/L；沉积调节剂浓度为20～100mmol/L；反应时间为168～240h；反应温度为20～30℃；沉积后对试样进行清洗；采用聚多巴胺膜的沉积量来评价贻贝污损量，沉积量由下式计算：



其中：z为沉积量，mg/cm2；wn为自聚合反应后试样重量，mg；w0为自聚合反应前试样重量，mg；s为试样表面积，cm2；沉积量越小，表明所测试样耐贻贝污损性能越好，反之则表明所测试样耐贻贝污损性能越差。
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【专利技术属性】
技术研发人员：高鹏，陈义庆，钟彬，艾芳芳，李琳，伞宏宇，苏显栋，沙楷智，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21