一种高强防污水凝胶涂层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高强防污水凝胶涂层及其制备方法和应用，属于水凝胶技术领域，制备方法包括：(1)将基体材料浸泡在第一溶液中预处理，取出后烘干，得到预处理后的基体材料；所述的第一溶液的溶剂包括丙酮，溶质包括聚醋酸乙烯酯和引发剂；(2)以水溶性单体、两性离子单体和交联剂为原料在预处理后的基体材料表面发生紫外光引发聚合，得到所述的高强防污水凝胶涂层；所述的交联剂为纳米氢氧化铝、海藻糖、气相二氧化硅中的至少一种。本发明专利技术制备方法反应条件温和、工艺简单易行，制备得到的高强防污水凝胶涂层具有防污、减阻双重作用，与基体材料结合力强。材料结合力强。材料结合力强。

【技术实现步骤摘要】
一种高强防污水凝胶涂层及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于水凝胶
，具体涉及一种高强防污水凝胶涂层及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]船舶、潜艇、海上钻井设施等是常见的海洋交通与勘探设备，当这些设备长期与海水接触时，往往会附着大量海洋生物，增加船体表面的粗糙度和燃料损耗，加速船体腐蚀，缩短使用寿命。这种现象被称为海洋生物污损。据不完全统计，海洋生物污损每年造成的经济损失超过数千亿美元。因此，研究海洋防污问题，减少海洋生物在船舶等海上设备的附着，对海洋行业的发展具有重要意义。
[0003]海洋防污涂料的防污策略主要有两大类：一是化学活性涂料利用毒性、释放杀菌剂等方法杀死附着的海洋生物；二是无毒涂料通过非化学反应的方法阻止海洋生物附着在船体表面。第一种涂料主要为含有三丁基锡或氧化亚铜的涂料，但在研究中发现这些化学物质在杀死附着生物的同时也会在海水中富集，引起海洋生物的变异和畸形，甚至通过食物链危害人类的生命健康。
[0004]从阻止海洋生物附着角度出发的防污涂料主要包括导电高分子防污涂料、以可溶性硅酸盐为防污剂的自抛光防污涂料、低表面能有机硅、氟碳涂料等。如公开号为CN102732106A的中国专利文献公开了一种用于海洋结构物的防污涂层，该防污涂层由氟碳树脂24～35、含氟聚合物改性微米电气石粉30～40、含氟聚合物改性纳米二氧化钛粉20～30制备得到；公开号为CN105062248A的中国专利文献公开了一种阳离子型防污减阻复合功能涂料及涂层，该涂层由颗粒状阳离子型填料、成膜树脂、固化剂和稀释剂制备得到，颗粒状阳离子型填料为表面带有正电荷的微颗粒；公开号为CN113773436A的中国专利文献公开了一种两亲性有机硅涂层，该专利技术通过硫代甘油、丙烯酸丁酯、N
‑
乙烯吡咯烷酮的反应，得到一种亲水端基化合物；亲水端基化合物作为侧链引入主链中，形成一种梳状结构，通过缩合反应合成一种两亲性有机硅涂层，该有机硅涂层具有优异的机械强度，较低的表面能，不利于海洋生物附着。
[0005]但是静态条件下，缺乏水流提供的剪切力，有机硅涂层存在防污能力不足的问题，而氟碳涂料、导电高分子防污涂料等价格昂贵，涂层与基体的附着力有待进一步提高。因此，有必要提供一种原料易得、工艺简单、具有防污、减阻双重作用的水凝胶涂层。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种高强防污水凝胶涂层的制备方法，反应条件温和、工艺简单易行，制备得到的高强防污水凝胶涂层具有防污、减阻双重作用，与基体材料结合力强。
[0007]具体采用的技术方案如下：
[0008]一种高强防污水凝胶涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将基体材料浸泡在第一溶液中预处理，取出后烘干，得到预处理后的基体材
料；所述的第一溶液的溶剂包括丙酮，溶质包括聚醋酸乙烯酯和引发剂；
[0010](2)以水溶性单体、两性离子单体和交联剂为原料在预处理后的基体材料表面发生紫外光引发聚合，得到所述的高强防污水凝胶涂层；所述的交联剂为纳米氢氧化铝、海藻糖、气相二氧化硅中的至少一种。
[0011]本专利技术采用引发剂、聚醋酸乙烯酯和丙酮的混合溶液对不同基体材料的表面进行处理后，使基体材料表面形成带有引发剂的底漆层；水凝胶分子链全部由基体材料表面的引发剂引发，且聚醋酸乙烯酯本身就有粘附效果，从而实现强粘接的目的；交联剂(纳米氢氧化铝、海藻糖或气相二氧化硅)通过配位键或氢键作用形成物理交联点，使水凝胶具有优良的力学性能。两性离子单体在水凝胶中的引入，能够在水凝胶涂层表面通过离子水合作用强烈吸附一层水分子，从而形成一个固定的水层，根据体积排除原理，该水层可有效抑制海洋中微生物的附着，起到防污减阻的作用；此外，通过选择具有聚电解质效应和反聚电解质效应的两种单体，使本专利技术的水凝胶涂层在水和盐水中溶胀度变化不大，从而保证涂层不会由于溶胀程度的变化而从基板表面脱落。
[0012]所述的基体材料包括但不限于玻璃、金属、橡胶、塑料、聚氨酯片等。
[0013]优选的，步骤(1)中，所述的浸泡时间为0.2～10h，浸泡
‑
取出工艺重复2
‑
3次，有利于充分进行预处理。
[0014]所述的引发剂为水溶性光引发剂，包括2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基甲酮、1
‑
羟基
‑
环己基
‑
苯基甲酮、2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基
‑
二苯基氧化膦、2,2'
‑
偶氮二异丁基脒二盐酸或2
‑
羟基
‑
4'
‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮。
[0015]优选的，所述的第一溶液中，聚醋酸乙烯酯、引发剂和丙酮的质量比为0.5
‑
5.0：0.5
‑
5.0：100。在该比例下，聚醋酸乙烯酯的量足以使引发剂牢固粘附在基体材料表面，引发剂的量足以使所有单体完全引发。
[0016]所述的水溶性单体为丙烯基单体，包括丙烯酸或丙烯酸衍生物。
[0017]所述的两性离子单体为结构式如式(I)
‑
(IV)所示化合物中的至少一种；
[0018][0019]其中，R1为H或甲基；R2和R3独立地选自H或C1～C5脂肪族烃基；n为1～3的整数；Z1为苯磺酸基、磺酸基、磷酸基、苯磺酸盐基、磺酸盐基或磷酸盐基；X为H、碱金属或铵基；Y的结构式为下式所示的任一种：
[0020][0021]其中，R4和R7独立地选自C2～C5脂肪族烃基，R5、R6、R8和R9独立地选自C1～C5脂肪族烃基，R
10
为C1～C5脂肪族烃基或苯基，J为N或P，Z2为卤素、磺酸基、硫酸酯基、亚磷酸基、单磷
酸基或乙酸基。
[0022]优选的，所述的两性离子单体为3
‑
[N,N
‑
二甲基
‑
[2
‑
(2
‑
甲基丙
‑2‑
烯酰氧基)乙基]铵]丙烷
‑1‑
磺酸内盐、3
‑
[N,N
‑
二乙基
‑
[2
‑
(2
‑
甲基丙
‑2‑
烯酰氧基)乙基]铵]丙烷
‑1‑
磺酸内盐、3
‑
[N,N
‑
二甲基
‑
[2
‑
(2
‑
甲基丙
‑2‑
烯酰氧基)乙基]铵]乙烷
‑1‑
羧酸内盐、3
‑
[N,N
‑
二甲基
‑
[2
‑
(2
‑
甲基丙
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强防污水凝胶涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将基体材料浸泡在第一溶液中预处理，取出后烘干，得到预处理后的基体材料；所述的第一溶液的溶剂包括丙酮，溶质包括聚醋酸乙烯酯和引发剂；(2)以水溶性单体、两性离子单体和交联剂为原料在预处理后的基体材料表面发生紫外光引发聚合，得到所述的高强防污水凝胶涂层；所述的交联剂为纳米氢氧化铝、海藻糖、气相二氧化硅中的至少一种。2.根据权利要求1所述的高强防污水凝胶涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的浸泡时间为0.2～10h，浸泡
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取出工艺重复2
‑
3次。3.根据权利要求1所述的高强防污水凝胶涂层的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为水溶性光引发剂，包括2
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羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基甲酮、1
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羟基
‑
环己基
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苯基甲酮、2,4,6
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三甲基苯甲酰基
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二苯基氧化膦、2,2'
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偶氮二异丁基脒二盐酸或2
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羟基
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4'
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(2
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羟乙氧基)
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甲基苯丙酮。4.根据权利要求1所述的高强防污水凝胶涂层的制备方法，其特征在于，所述的第一溶液中，聚醋酸乙烯酯、引发剂和丙酮的质量比为0.5
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【专利技术属性】
技术研发人员：杜淼，胡锦鹏，李文宝，单国荣，吴子良，宋义虎，郑强，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：