一种基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于材料工程技术领域，涉及一种基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层及其制备方法和应用。首先对基体表面进行除油及喷砂处理，然后以纳米团聚陶瓷粉末为喷涂原料，采用喷涂方法在基体表面制备微纳多孔结构陶瓷基相涂层；对微纳多孔结构陶瓷基相涂层进行润滑油填充浸渗处理，待孔隙充分填充后，倾斜放置，得到基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层。本发明专利技术以简单方法大面积获得了兼具微纳双尺度孔隙结构的环保、长效、高性能仿生超滑防污涂层，将其在人工海水中动态浸泡60天后仍具有118

【技术实现步骤摘要】
一种基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料工程
，涉及一种基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]海洋生物污损是指藤壶、贻贝、海藻、细菌、石灰虫、牡蛎等微生物及动植物在水下设施设备表面附着的现象。海洋生物污损是船舶、潜艇及海洋装备面临的除腐蚀外另一关键难题。生物污损不仅增加船体表面粗糙度、从而显著增加航行阻力及油耗，且会造成水下管路堵塞、设施设备失灵，显著威胁舰船装备的服役效能、可靠性及安全耐久性。因此，研发绿色、长效、高性能防污技术是提升舰船装备服役性能的必然选择。
[0003]针对严峻的海洋生物污损问题，目前最常用的防污方法为涂覆加载大量防污剂的有机自抛光防污涂料。该类涂料在接触海水后通过防污剂的释放达到杀灭污损生物、有效防污的目的。然而，防污剂的大量释放同时带来了严重的海洋环境污染问题、显著影响非靶向生物生长。针对传统防污剂释放型防污方法的环境污染问题，超滑表面技术是环境友好型防污涂层技术发展的重要方向之一。受自然界中食虫植物猪笼草依靠其笼口粗糙多孔结构锁住表面液相水层，使昆虫从笼口轻易滑进笼内而将其捕食现象的启发，2011年Harvard大学Aizenberg课题组研发的仿猪笼草型液相填充多孔超滑SLIPS（Slippery Liquid
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Infused Porous Surfaces）体系是潜在有效的海洋防污方法（T.
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S. Wong, S.H. Kang, S.K.Y. Tang, E.J. Smythe, B.D. Hatton, A. Grinthal,J. Aizenberg, Bioinspired self
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repairing slippery surfaces with pressure
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stable omniphobicity, Nature 477 (7365) (2011) 443
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447）。SLIPS体系通过固态基相多孔结构对填充的低表面能润滑液体的毛细作用，在基相表面形成一薄层稳定连续超滑的液相润滑油覆层，使污损生物难以附着而轻易滑落，从而实现有效防污。仿生超滑SLIPS涂层由于其环境友好性及优异的防污性能而在海洋防污领域表现出巨大的应用潜力。
[0004]然而，长效稳定性是SLIPS防污体系目前面临的最大问题和挑战。研究表明，在海洋服役环境下，SLIPS表面润滑油膜在外界水流剪切流动下的快速流失损耗是导致其防污失效的主要原因，而微观孔隙结构是决定SLIPS体系防污长效性的关键因素。研究表明，纳米尺度孔隙锁油性更强，可有效减少润滑油剪切流失，然而纳米孔隙储油空间有限，难以对SLIPS表面润滑油膜流失进行及时有效补充；微米尺度孔隙具有大的储油空间，但其锁油能力有限。因此，如何实现微纳双尺度孔隙结构的协同设计是构建长效稳定SLIPS的前提。然而，目前已报道的SLIPS体系多是以微米或纳米单尺度孔隙结构为主的体系，难以实现长效防污。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中SLIPS表面润滑油膜在外界水流剪切流动下快速流失损耗，难以
实现长效防污的技术问题，本专利技术提出一种基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层及其制备方法和应用。通过简单的方法大面积获得兼具微纳双尺度孔隙结构的环保、长效、高性能仿生超滑防污涂层。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层（仿生超滑SLIPS防污涂层），包括微纳多孔结构陶瓷基相涂层及填充在陶瓷基相涂层微纳多孔结构内的润滑油，其中按体积百分比计，微纳多孔陶瓷基相涂层的孔隙率为10~50%，微纳多孔陶瓷基相涂层中微米孔隙占微纳多孔结构孔隙的20~80%，微米孔隙尺寸为1~30μm，纳米孔隙尺寸为10~1000nm，微纳多孔结构陶瓷基相涂层的厚度为0.1~3mm。
[0007]进一步，所述的基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层的制备方法，步骤如下：（1）对基体表面进行除油及喷砂处理，以获得表面洁净无油且粗化的基体；然后以纳米团聚陶瓷粉末为喷涂原料，采用喷涂的方法在基体表面制备微纳多孔结构陶瓷基相涂层；（2）对步骤（1）所得的微纳多孔结构陶瓷基相涂层进行润滑油填充浸渗处理；待孔隙充分填充后，倾斜放置，去除涂层表面多余的润滑油膜层，得到基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层。
[0008]进一步，所述步骤（1）中基体为钛合金基体、不锈钢基体、船体钢、低碳钢或铜合金等常见的海洋用结构材料，纳米团聚陶瓷粉末为氧化铝、氧化钛、氧化铬、氧化锆或氧化钇中的任意一种或多种的组合，纳米团聚陶瓷粉末的粒度为15~150μm。
[0009]进一步，纳米团聚陶瓷粉末进行多种组合时的组合方式是任意的，且其组合方式中纳米团聚陶瓷粉末之间的比例是任意的。
[0010]进一步，所述步骤（1）中喷涂的方法为热喷涂法或冷喷涂法，其中热喷涂法包括大气等离子喷涂、火焰喷涂或超音速火焰喷涂中的任意一种。
[0011]进一步，所述步骤（1）中冷喷涂法包括高压冷喷涂或低压冷喷涂法。
[0012]进一步，所述步骤（2）中润滑油为全氟聚醚油、全氟油或聚二甲基硅氧烷硅油中的任意一种；润滑油填充浸渗处理包括浸渍法、刷涂法或旋涂法中的任意一种。
[0013]进一步，所述步骤（2）中浸渍法为将微纳多孔结构陶瓷基相涂层完全浸泡在润滑油中，随后进行低压真空浸渗处理，低压真空浸渗处理的压力为3~1000Pa，低压真空浸渗处理的时间为1~24h，直至多孔结构陶瓷基相涂层的所有孔隙均被填充。
[0014]进一步，所述步骤（2）中刷涂法采用毛刷蘸取润滑油对多孔结构陶瓷涂层进行刷涂，随后进行低压真空浸渗处理，低压真空浸渗处理的压力为3~1000Pa，低压真空浸渗处理的时间为1~24h，直至多孔结构陶瓷基相涂层的所有孔隙均被填充。
[0015]进一步，所述步骤（2）中旋涂法转速为1000~3000rpm，旋涂时间为1~10min。
[0016]进一步，所述步骤（2）中倾斜放置的角度为30~90
°
，倾斜放置的时间为0.5~10h，倾斜放置的温度为室温。
[0017]进一步，所述的基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层在抗海洋生物污损领域的应用。
[0018]本专利技术具有以下有益效果：
1、本专利技术公开的仿生超滑SLIPS防污涂层，利用喷涂法制备具有微纳双尺度多孔结构的陶瓷基相涂层，并将液相润滑油填充入其孔隙结构中，构建了仿生超滑的SLIPS防污涂层。该SLIPS体系通过固态基相多孔结构对填充的低表面能润滑液体的毛细作用，在整个基相多孔结构内填充润滑油，并在表面形成一薄层稳定连续超滑的液相润滑油覆层，使污损生物难以附着而轻易滑落，从而实现有效防污。
[0019]2、具体的，本专利技术通过工艺简单、易于实现大面积现场制备的工艺实现了仿生超滑SLIPS防污本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层，其特征在于：包括微纳多孔结构陶瓷基相涂层及填充在陶瓷基相涂层微纳多孔结构内的润滑油，其中按体积百分比计，微纳多孔陶瓷基相涂层的孔隙率为10~50%，微纳多孔陶瓷基相涂层中微米孔隙占微纳多孔结构孔隙的20~80%，微米孔隙尺寸为1~30μm，纳米孔隙尺寸为10~1000nm，微纳多孔结构陶瓷基相涂层的厚度为0.1~3mm。2.权利要求1所述的基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）对基体表面进行除油及喷砂处理，以获得表面洁净无油且粗化的基体；然后以纳米团聚陶瓷粉末为喷涂原料，采用喷涂的方法在基体表面制备微纳多孔结构陶瓷基相涂层；（2）对步骤（1）所得的微纳多孔结构陶瓷基相涂层进行润滑油填充浸渗处理；待孔隙充分填充后，倾斜放置，去除涂层表面多余的润滑油膜层，得到基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层。3.根据权利要求2所述的基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中基体为钛合金基体、不锈钢基体、船体钢、低碳钢或铜合金中的任意一种，纳米团聚陶瓷粉末为氧化铝、氧化钛、氧化铬、氧化锆或氧化钇中的任意一种或多种的组合，纳米团聚陶瓷粉末的粒度为15~150μm。4.根据权利要求2或3所述的基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中喷涂的方法为热喷涂法或冷喷涂法，其中热喷涂法包括大气等离子喷涂、火焰喷涂或超音速火焰喷涂中的任意一种。5.根据权利要求4所述的基于微纳多孔结构的仿生超滑长效防污涂层的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：田佳佳，毕帅强，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：