一种钛合金表面梯度防污涂层及制备方法和应用技术

本发明专利技术属于合金表面防污技术领域，公开了一种钛合金表面梯度防污涂层及制备方法和应用。该钛合金表面梯度防污涂层，从下往上，依次包括钛合金基底、氧化涂层、刷状聚合物涂层；氧化涂层含金属杀菌剂前驱体；刷状聚合物涂层含聚二甲基硅氧烷。该钛合金表面梯度防污涂层具有梯度防污功能，能有效解决现有技术中制备的涂层无法同时避免细菌等小型污损生物与藻类等大型微生物的附着而形成的生物污损及引发的牢固大型生物污损等问题。的牢固大型生物污损等问题。的牢固大型生物污损等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金表面梯度防污涂层及制备方法和应用


[0001]本专利技术属于合金表面防污
，特别涉及一种钛合金表面梯度防污涂层及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]由于钛合金具有优良的抗腐蚀和机械性能，被称为"海洋金属"，并广泛应用于海洋设施，如深海潜水器、船舶部件、碳氢化合物提取装置、热交换器和冷凝器管等。另一方面，由微生物、节肢动物和软体动物在材料表面的附着和积聚引起的生物污损问题造成了巨大的经济损失，并威胁到海洋设施的服役安全。更糟糕的是，钛合金具有高度的生物相容性，比其他结构材料更严重地遭受生物污损问题，这严重损害了其长期服役安全和性能。换言之，生物污损问题是在海洋环境中大规模应用钛合金的巨大障碍。
[0003]防生物污损涂料以排斥或杀死各种材料上的附着生物被广泛应用在各种材料上，包括钛合金、钢材、铝合金等。传统的涂料以有机锡为主，尽管这些涂料有较好的防污效果，但它们对所有的海洋生物都是有害的，被污染的海产品和海洋环境最终会影响我们的日常生活和健康。这个主要的缺点与全世界日益增长的环境保护共识相反，许多国家已经采取行动禁止这种有毒的防污涂料。一些取代有机锡的杀菌剂涂料被不断开发，例如以锌为主的涂料。另外一些涂层像超疏水涂层，作为一种新兴的技术可以显著降低各种材料的表面能，如钛合金、锌、钢、聚偏氟乙烯等，并在水底有效地捕获一层空气可以作为隔离生物污损的屏障。然而，当浸泡在水中一段时间后，捕获的空气最终会脱离或溶解在水中，超疏水表面的抗生物污损性能将明显退化。此外，这种取代有机锡的涂料和超疏水表面由于是固态表面因而都不能阻止生物大分子(如蛋白质、多糖和死亡的微生物)在材料上附着和积累。这些生物大分子等有机物质可以提供丰富的营养并吸引生物体，这将大大加快生物污损。
[0004]因此，亟需提供一种新的钛合金表面防污涂层，可大大降低海洋生物污损。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种钛合金表面梯度防污涂层及制备方法和应用。本专利技术利用氧化反应在钛合金表面制备一层含有金属杀菌剂的氧化涂层，然后对氧化涂层表面进行活化处理，并原位接枝刷状聚合物涂层，得到牢固，耐久性的梯度防污涂层。解决了现有技术中防污涂层无法避免生物大分子及生物残骸等小型污损附着而形成的生物污损膜及引发的牢固大型生物污损等问题。
[0006]本专利技术的第一方面提供一种钛合金表面梯度防污涂层。
[0007]具体的，一种钛合金表面梯度防污涂层，从下往上，依次包括钛合金基底、氧化涂层、刷状聚合物涂层；
[0008]所述氧化涂层含金属杀菌剂；
[0009]所述刷状聚合物涂层含聚二甲基硅氧烷。
[0010]优选的，所述聚二甲基硅氧烷包括线性端烯烃聚二甲基硅氧烷、线性烷基封端聚
二甲基硅氧烷、线性羟基封端聚二甲基硅氧烷中的至少一种。
[0011]优选的，所述金属杀菌剂选自含铜、锌、锶、铬或钨中至少一种的杀菌剂前驱体。
[0012]优选的，所述杀菌剂前驱体选自含铜、锌、锶、铬或钨中至少一种的氧化物杀菌剂。
[0013]优选的，所述钛合金基底包括TA1、TA2、TC4中的任意一种。本专利技术所述钛合金包括纯钛或钛与其他元素构成的合金。
[0014]本专利技术的第二方面提供一种钛合金表面梯度防污涂层的制备方法。
[0015]具体的，一种钛合金表面梯度防污涂层的制备方法，包括以下步骤，
[0016]利用氧化反应，在钛合金基底上制备氧化涂层，然后活化处理，得到样品，样品再与聚二甲基硅氧烷进行化学反应，得到所述钛合金表面梯度防污涂层。
[0017]优选的，在制备氧化涂层前，对钛合金基底进行清洗。
[0018]优选的，所述清洗为依次用丙酮、乙醇、去离子水进行清洗。
[0019]优选的，所述氧化反应选自微弧氧化法、阳极氧化法、电化学沉积法、热氧化法中的至少一种进行氧化反应。
[0020]优选的，所述微弧氧化法的过程为：将电解液置于电解槽中，然后将钛合金基底置于电解液中，采用双极脉冲微弧氧化电源，进行微弧氧化处理；所述电解液的组成包括硅酸钠、碱、氟化钾、杀菌剂前驱体、水；所述杀菌剂前驱体选自含铜、锌、锶、铬或钨中至少一种的金属络合物或金属盐。
[0021]进一步优选的，所述微弧氧化法的过程为：将电解液置于电解槽中，然后将钛合金基底置于电解液中，采用双极脉冲微弧氧化电源，进行微弧氧化处理，然后清洗，烘干；所述电解液的组成，按重量份数计，包括硅酸钠400
‑
500份、碱30
‑
80份、氟化钾80
‑
120份、杀菌剂前驱体15
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45份、水250
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400份。
[0022]优选的，所述活化处理包括氧气等离子体处理、甲苯清洗活化处理中的至少一种。
[0023]优选的，所述聚二甲基硅氧烷进行化学反应的过程包括硫酸催化聚二甲基硅氧烷聚合反应法、热平衡聚二甲基硅氧烷化学聚合反应法、原子转移自由基聚合反应法、巯基
‑
烯烃化学聚合反应法中的至少一种。
[0024]优选的，所述热平衡聚二甲基硅氧烷化学聚合反应法的过程为：将所述样品放置在反应容器中，用聚二甲基硅氧烷浸没样品，在烘箱中反应，反应的时间为10
‑
40小时，反应的温度为60℃
‑
180℃。
[0025]进一步优选的，所述热平衡聚二甲基硅氧烷化学聚合反应法的过程为：将所述样品放置在反应容器中，用聚二甲基硅氧烷浸没样品，在烘箱中反应，反应的时间为12
‑
36小时，反应的温度为80℃
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180℃。
[0026]本专利技术的第三方面提供一种钛合金表面梯度防污涂层的应用。
[0027]一种设备，包括上述钛合金表面梯度防污涂层。
[0028]优选的，所述设备包括海洋设备、航空设备、生物医学设备、陆运交通工具、文体用品中的至少一种。
[0029]上述钛合金表面梯度防污涂层在防腐或防污领域中的应用。
[0030]优选的，所述应用包括在制备海洋设备、航空设备、生物医学设备、陆运交通工具、文体用品中的应用。
[0031]相对于现有技术，本专利技术的有益效果如下：
[0032](1)本专利技术所述钛合金表面梯度防污涂层使用环保的、低表面能的聚二甲基硅氧烷作为防污基团，成本低廉、环境友好；
[0033](2)本专利技术所述钛合金表面梯度防污涂层中的氧化涂层、刷状聚合物涂层对钛合金基底的附着力高并具有高的耐磨性；
[0034](3)本专利技术所述钛合金表面梯度防污涂层具有梯度防污功能，能有效解决现有技术中制备的涂层无法同时避免细菌等小型污损生物与藻类等大型微生物的附着而形成的生物污损及引发的牢固大型生物污损等问题；
[0035](4)本专利技术所述钛合金表面梯度防污涂层可用于海洋设备、航空设备、生物医学设备、陆运交通工具、文体用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛合金表面梯度防污涂层，其特征在于，从下往上，依次包括钛合金基底、氧化涂层、刷状聚合物涂层；所述氧化涂层含金属杀菌剂；所述刷状聚合物涂层含聚二甲基硅氧烷。2.根据权利要求1所述的钛合金表面梯度防污涂层，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷包括线性端烯烃聚二甲基硅氧烷、线性烷基封端聚二甲基硅氧烷、线性羟基封端聚二甲基硅氧烷中的至少一种。3.根据权利要求1所述的钛合金表面梯度防污涂层，其特征在于，所述金属杀菌剂选自含铜、锌、锶、铬或钨中至少一种的杀菌剂前驱体。4.根据权利要求3所述的钛合金表面梯度防污涂层，其特征在于，所述杀菌剂前驱体选自含铜、锌、锶、铬或钨中至少一种的氧化物杀菌剂。5.权利要求1
‑
4任一项所述的钛合金表面梯度防污涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，利用氧化反应，在钛合金基底上制备氧化涂层，然后活化处理，得到样品，所述样品再与聚二甲基硅氧烷进行化学反应，得到所述钛合金表面梯度防污涂层。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氧化反应选自微...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞宏英，乐砥柱，蒋旭洲，孙冬柏，
申请(专利权)人：南方海洋科学与工程广东省实验室珠海，
类型：发明
国别省市：