一种柔性纤维阵列涂层及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种柔性纤维阵列涂层，所述柔性纤维阵列涂层为毛细纤维阵列涂层，由涂层基底和毛细纤维组成。所述柔性纤维列阵涂层用于制备的水下防污涂层或纤维列阵减阻涂层。本发明专利技术的柔性纤维列阵涂层中的毛细纤维能够将在水中捕获的流体能量并转换成主动清扫黏附于涂层基底表面污染物的动能和恢复原位的弹性势能，实现柔性纤维列阵涂层一边捕获能量，一边进行涂层基底表面主动自清洁，一边毛细纤维又能恢复原位的循环过程；其制备方法简单，所用高分子预聚液的原料对环境和生物无害，安全无毒，满足目前新型防污涂层要实现对环境友好的要求；同时具有高耐磨损性，能够长期抵御污染物覆盖，大幅度降低更换涂层的频率，节省生产及更换成本。产及更换成本。产及更换成本。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性纤维阵列涂层及其制备方法和用途


[0001]本专利技术涉及水下防污涂层
，尤其涉及一种柔性纤维阵列涂层及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]随着海洋运输和各种海上作业越来越频繁，海洋污损问题愈发严峻，尤其是海洋环境非常复杂，存在大量的海洋无损生物，如各种细菌、海藻、贝类、以及藤壶等等，这些生物一旦附着在舰船上，会增加舰船的航行阻力并且还会腐蚀舰船表面，因此发展海洋防污涂层技术变得愈发迫切。随着关于海洋防污涂层研究的深入，目前的海洋防污涂层已经基本摆脱了对于环境有害的防污涂层，都在大力朝着环境友好的新型防污涂层发展。现有技术中自清洁涂层主要为被动式的，可分为以下几类：
[0003]1)污损抵抗型涂层：即抑制或者阻止海洋生物在表面生长，一般是亲水性的高分子材料，如聚乙二醇(PEG)、两性离子、多糖、水凝胶等。如专利CN 107434843 B公开了一种含双亲链段硅烷偶联剂的制备方法及其应用，将聚乙二醇亲水单体、含氟疏水单体与含双键硅烷偶联剂在反应体系中进行自由基聚合。此种链段的存在虽然能够有效增强污损释放型防污涂层对生物膜形成过程的防御抵抗，对海洋生物无毒，具有环保性。但是这类含亲水性单体的防污涂层在真实海洋环境中会发生溶胀，力学性能不足，其次这种被动式的抵抗型防污涂层也很难抵抗海洋环境中的污泥等无机物的覆盖，从而使得其表面化学功能被覆盖而失效。
[0004]2)污损释放型涂层：即通过水流冲刷从而降低海洋生物与表面的黏附，一般是由一些低表面能的如有机硅、含氟聚合物等材料制备。如专利CN 107936831 B公开了一种亲水改性的污损释放型海洋防污涂料及其制备方法，用N
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乙烯吡咯烷酮单体用自由基聚合或RAFT聚合方法合成PVP
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聚丙烯酸酯共聚物或PVP
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OH均聚物，将其交联在聚二甲基硅氧烷网络中，涂敷在基体表面，获得了亲水改性的污损释放型防污涂层。此亲水改性防污涂层的防污效果虽然比纯的聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂层的防污效果有了大幅度提高，但是这类涂层往往需要很高的流速才能实现自清洁，水流的利用率不高，并且当污染物的尺寸小于表面粘性底层时，水动力自清洁将失效。同时，有机硅防污材料经过多年的研究，附着力等应用性能虽得到提高，但仍存在机械强度低、表面易划伤破损、长期使用后易开裂等问题。
[0005]3)仿生防污涂层：这类防污涂层是目前的研究前沿，自然界中如海洋中的鲨鱼、海豚以及陆地上的荷叶、猪笼草等生物，其表面都具有防污功能，这些都启发着人们去研发新型的防污涂层技术。这类新型的生物启发的防污表面大部分也是被动的为主，如专利CN109733012A公开了一种基于仿生强韧化结构的防污材料及其制备方法，基于仿生强韧化结构的防污材料为纤维
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有机硅复合材料，纤维层按纤维方向垂直交叠形成多层仿螺壳纤维结构，既具备有机硅防污材料的防污特性，又具备较高的机械强度。但是此类防污涂层一般是模仿生物表面的结构，也不能对海洋环境中的高附着性生物(如藤壶等)进行长期有效抵抗，结构很容易被这些固体颗粒物给覆盖或划伤。
[0006]4)超疏水自清洁涂层：是将表面微纳米结构与疏水涂层相结合，将超疏水涂层置于水下时，其表面会滞留一层空气，该空气层是超疏水涂层技术实现水下防污的关键，如专利CN113956521A公开了一种超疏水防污减阻材料制备方法，采用树脂或橡胶等高分子原料通过包括3D微纳打印、模板压印、精密机械加工、精密微电铸和精密微电解的方法制备仿生“爪形”结构基体，然后，用化学镀与电沉积相结合的方法对基体表面进行金属化并形成“毫米
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微米
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纳米”的多级结构，使其在水中可形成空气层，达到超疏水效果，进而实现防污和减阻功能。但是在真实的海洋环境中，往往会伴随着高的水压，并且部分水域甚至会存在空气不饱和状态，从而导致超疏水表面滞留的空气层不能长久的维持在表面。另外真实海洋环境中还伴随着大量的固体颗粒状污染物，这些颗粒状污染物对于表面的吸附往往是不可避免的，随着时间的推移，超疏水涂层表面也会被这些固体颗粒状污染物给污染，随着固体颗粒状污染物在超疏水表面的不断的积累，最终会将超疏水表面的微结构给填平，从而彻底覆盖超疏水表面，使得超疏水表面彻底失效。
[0007]5)润滑液浸润的多孔表面(SLIPS)涂层：是将多孔结构与润滑液相结合，在涂层表面形成一层润滑层。如专利CN 110305558 A公开了一种耐海洋腐蚀、耐磨的自润滑复合涂层及其制备工艺，涂层由有机成膜物质和微米级填料组成，其中有机成膜物质质量占比40
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60％，包括环氧树脂10
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21％、环氧改性有机硅树脂15
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26％、聚酰胺树脂6
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13％、润湿分散剂4
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7％；微米级填料为石墨10
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20％，碳化硅16
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30％，聚四氟乙烯10
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25％组合。这种技术实现水下防污的关键在于表面的润滑层，因此表面润滑层的寿命很关键，一般情况下，这种技术表面的润滑层依靠体相的补充，但是体相的补充往往是有限的，并且在水下或者船舶航行，表面往往会遭受到高剪切的水流，这会加速润滑液的消耗，因此SLIPS涂层技术在水下的寿命也很短暂。另外，这种涂层也很难抵抗海洋环境中固体颗粒状污染物的吸附，随着时间的推移，这种涂层表面也会被固体颗粒污染物完全覆盖，从而彻底失效。
[0008]总之，现有技术中的自清洁涂层技术多为被动式，都是在表面形成一种阻挡层，但是这种被动式的涂层技术都不能抵抗真实环境中各种外场的干扰，从而最终都会被固体污染物给完全覆盖从而失效。
[0009]基于上述现有技术的情况，寻找一种主动自清洁，能够在真实环境中抵抗外场的干扰，实现自动清洁的同时还能够长期抵御海洋污染物覆盖的涂层成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0010]为解决上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种柔性纤维阵列涂层，所述柔性纤维阵列涂层为毛细纤维阵列涂层，所述毛细纤维列阵涂层由涂层基底和毛细纤维组成，所述毛细纤维用于捕获外场的流体能量，实现柔性纤维阵列涂层基底表面的主动自清洁。
[0011]进一步地，所述毛细纤维列阵涂层中毛细纤维的直径为0.1mm
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2mm，各毛细纤维的直径可相同或不同。
[0012]进一步地，所述毛细纤维列阵涂层中毛细纤维的高度为0.5mm
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5cm，各毛细纤维的高度可相同或不同。
[0013]进一步地，所述毛细纤维列阵涂层中毛细纤维的间距为0.1mm及以上，各毛细纤维
的间距可相同或不同。
[0014]本专利技术还提供一种柔性纤维列阵涂层的制备方法，包括如下步骤：
[0015]S1：组装毛细管得到毛细纤维阵列模板，即通过不同内径的毛细管以及调控毛细管之间的间距和排列从而可以得到不同间距、排列以及不同内径毛细纤维的毛细纤维阵列模板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性纤维阵列涂层，其特征在于，所述柔性纤维阵列涂层为毛细纤维阵列涂层，所述毛细纤维列阵涂层由涂层基底和毛细纤维组成。2.根据权利要求1所述的柔性纤维阵列涂层，其特征在于，所述毛细纤维的直径为0.1mm
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2mm，或所述毛细纤维的高度为0.5mm
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5cm，或所述毛细纤维的间距为0.1mm及以上。3.一种权利要求1
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2任一项柔性纤维列阵涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：组装毛细管得到毛细纤维阵列模板；S2：配置高分子预聚液；S3：将S1中获得的毛细纤维阵列模板插入S2配置的高分子预聚液中；S4：高分子预聚液在毛细管中运动至平衡状态后，对达到平衡状态的高分子预聚液进行聚合，获得毛细纤维阵列凝胶；S5：将毛细纤维阵列模板从聚合完全后的毛细纤维阵列凝胶上剥离，获得毛细纤维阵列涂层，即柔性纤维列阵涂层。4.根据权利要求3所述柔性纤维阵列涂层的制备方法，其特征在于，所述S2中高分子预聚液是以主剂与辅剂为原料制得的混合物。5.根据权利要求4所述柔性纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴青山，严昊，刘明杰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：