专利名称：一种提高船体表面材料防污性能的方法
技术领域：
本发明属于船舶材料表面改性领域，特别涉及一种以改变材料表面的微纳 米粗糙结构的方式提高船舶表面的防污性能的方法。
背景技术：
海洋生物对船体以及其他海洋设施的附着污损带来一系列严重的问题。目 前，防污材料的研究开发主要采取以下几条路线
1. 改变涂层表面的物理化学特性
如低表面能防污、微相分离结构防污、表面植绒防污等。
低表面能防污是，主要利用有机硅或有机氟等低表面能物质制备。 一般认为
表面自由能只有在低于2.5 x 10—4 N/m (0 > 98。)才能有效防止海生物的附着，人 们一直认为，平滑度对防污效果极其重要，这是因为海洋生物难以在上面附着， 即使附着也不牢固，在水流或其他外力作用下很容易脱落。
微相分离结构防污，是通过两种亲水性和疏水性高聚物的混合，涂层得到相 分离结构的亲水-疏水表面。
表面植绒防污，是利用材料表面的纤维绒毛在海水的冲击下的不停地运动， 防止海洋生物的附着。
2. 采用生物化学和仿生防污方法
生物化学和仿生防污方法主要根据仿生学原理，从陆生植物、海洋生物中提 取或者是通过代谢工程和基因工程途径合成鲨鱼表皮分泌物，在此基础上进行 防生物附着和降阻、降噪、避声纳追踪的仿生涂料。
3. 开发新型无毒防污剂，进一步发展自抛光防污
采用可水解聚合物做成膜物，添加防污剂，也可在骨架上引入锡、锌、铜等 金属离子。涂层在海水中通过离子交换作用释放金属离子起到防污效果，并且 通过直接水解不断将表面溶解更新，防止海生物附着。
4. 电解海水防污技术
利用不溶性或微溶性样机，在阳极电流的作用下，海水中的cr放电产生ci2，
Cl2与水反应生成HC10，具有杀死海生物幼虫的功能。海洋生物在船体等浸水设施表面上的附着，是通过分泌的生物蛋白质对固体 表面的润湿和吸附作用来完成的。海洋生物与船体表面的相互作用最终归结于， 在海水环境下的蛋白质与固体表面的相互作用。固体表面的物理和化学特性， 强烈地影响着对蛋白质的吸附。水分子在固体表面对蛋白质的吸附中发挥着重 要的作用。因此，改变固体表面的特性就显得尤为重要。
发明内容
本发明旨在提供一种不污染环境，工艺流程简单的以改变材料表面的微纳 米粗糙结构的方式提高船舶表面防污性能的方法。
为解决上述目的，本发明人采用了以下技术方案
采用静电喷涂技术，以氟碳树脂为原料，在常温下一步法制备微米-纳米复 合的粗糙结构表面，通过利用该表面的粗糙结构与水以及海洋生物之间的接触 面积的降低，使海洋生物不易接触到船体表面，最终提高表面的防污性能。
经过反复试验，最终确认以下工艺条件较佳静电喷涂技术是在10 25kV
高压静电场下，在喷口处与接收板间距离为10 25cm的位置进行静电喷涂。 氟碳树脂溶液的浓度是20 wt% 90 wt。/。时为上选。
以上所述氟碳树脂溶液采用的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、甲苯 或氯仿中的任意一种。
所述的喷口处可采用6 9号针头。 可以使用10mL—次性医用注射器进行喷涂。
以上所述的提高船体表面材料防污性能的方法所制得的微米-纳米复合的粗 糙结构表面，其粗糙结构的尺寸可以从O.l至100微米。其粗糙结构的接触角可 以达到98° 168°。
本发明所述的提高船体表面材料防污性能的方法的优点在于本发明的方 法、设备简单，成本低，无环境污染，在常温下一步法制备出微纳米复合粗糙 结构，达到改变船舶材料表面的防污性能的目的。
本发明共有附图7幅
图1是实施例1膜表面粗糙结构扫描电镜照片； 图2是实施例1平滑膜表面与水的接触角照片； 图3是实施例1粗糙膜表面与水的接触角照片；
4图4是实施例2膜表面粗糙结构扫描电镜照片；
图5是实施例2粗糙膜表面与水的接触角照片；
图6是实施例3膜表面粗糙结构扫描电镜照片；
图7是实施例3粗糙膜表面与水的接触角照片。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一歩的说明。 实施例l
所用原料为热固化型氟碳树脂，使用lOmL—次性医用注射器，9号针头， 针头与接收板间距离为10 cm,施加10kV高压静电场下静电喷涂，在常温下干 燥得到粗糙结构表面。该表面粗糙结构的尺寸为0.5 10微米，表面与水的接触 角由平滑膜表面接触角的65.0。变为130.2°。
其表面形貌见附图l。平滑膜和粗糙膜表面的水接触角见附图2、 3。
、所用原料为热固化型氟碳树脂，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，重量百分比为 90 wt%，使用10 mL —次性医用注射器，8号针头，针头与接收板间距离为10 cm， 施加15 kV高压静电场下静电喷涂，在常温下干燥得到粗糙结构表面。该表面 粗糙结构的尺寸为0.1 20微米，表面与水的接触角变为142.3°。
其表面形貌见附图4。平滑膜和粗糙膜表面的水接触角见附图5。 实施例3
所用原料为热固化型氟碳树脂，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，重量百分比为 70wt。/。，使用10mL—次性医用注射器，8号针头，针头与接收板间距离为15 cm， 施加20 kV高压静电场下静电喷涂，在常温下干燥得到粗糙结构表面。该表面 粗糙结构的尺寸为0.1 5微米，表面与水的接触角变为165.8°。
其表面形貌见附图6。粗糙膜表面的水接触角见附图7。 实施例4
所用原料为热固化型氟碳树脂，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，重量百分比为 50wt。/。，使用10mL—次性医用注射器，7号针头，针头与接收板间距离为15 cm， 施加20 kV高压静电场下静电喷涂，在常温下干燥得到粗糙结构表面。该表面 粗糙结构的尺寸为0.1 5微米，表面与水的接触角变为168.0°。 实施例5所用原料为热固化型氟碳树脂，溶剂为N， N-二甲基甲酰胺，重量百分比为 30 wt%，使用10 mL —次性医用注射器，6号针头，针头与接收板间距离为25 cm， 施加25 kV高压静电场下静电喷涂，在常温下干燥得到粗糙结构表面。该表面 粗糙结构的尺寸为1 20微米，表面接触角变为130.7°。 实施例6
所用原料为热固化型氟碳树脂，溶剂为N，N-二甲基甲酰胺，重量百分比为 20 wt%，使用10 mL —次性医用注射器，6号针头，针头与接收板间距离为25 cm， 施加25 kV高压静电场下静电喷涂，在常温下干燥得到粗糙结构表面。该表面 粗糙结构的尺寸为10 100微米，表面与水的接触角变为98.0°。 实施例7
所用原料为热固化型氟碳树脂，溶剂为甲苯，重量百分比为82 wt%，使用 10mL—次性医用注射器，9号针头，针头与接收板间距离为10cm，施加10 kV 高压静电场下静电喷涂，在常温下干燥得到粗糙结构表面。该表面粗糙结构的 尺寸为0.5 20微米，表面与水的接触角变为130.2°。 实施例8
所用原料为热固化型氟碳树脂，溶剂为甲苯，重量百分比为64wtn/。，使用 10mL—次性医用注射器，8号针头，针头与接收板间距离为15 cm，施加20 kV 高压静电场下静电喷涂，在常温下干燥得到粗糙结构表面。该表面粗糙结构的 尺寸为0.1 5微米，表面与水的接触角变为142.6°。 实施例9
所用原料为热固化型氟碳树脂，溶剂为甲苯，重量百分比为64wt。/。，使用 lOmL—次性医用注射器，7号针头，针头与接收板间距离为18cm，施加22 kV 高压静电场下静电喷涂，在常温下干燥得到粗糙结构表面。该表面粗糙结构的 尺寸为0.1 5微米，表面接触角变为149.3°。 实施例10
所用原料为热固化型氟碳树脂，溶剂为甲苯，重量百分比为45 wt%，使用 10 mL —次性医用注射器，6号针头，针头与接收板间距离为25 cm，施加25 kV 高压静电场下静电喷涂，在常温下干燥得到粗糙结构表面。该表面粗糙结构的 尺寸为20 100微米，表面与水的接触角变为99.3°。 实施例11所用原料为热固化型氟碳树脂，溶剂为氯仿，重量百分比为90 Wt%，使用
10mL—次性医用注射器，9号针头，针头与接收板间距离为10cm，施加10 kV 高压静电场下静电喷涂，在常温下干燥得到粗糙结构表面。该表面粗糙结构的 尺寸为0.5 20微米，表面与水的接触角变为135.0°。 实施例12
所用原料为热固化型氟碳树脂，溶剂为氯仿，重量百分比为76 wt%，使用 10mL—次性医用注射器，8号针头，针头与接收板间距离为15cm，施加20 kV 高压静电场下静电喷涂，在常温下干燥得到粗糙结构表面。该表面粗糙结构的 尺寸为0.1 6微米，表面与水的接触角变为148.4°。
^所用原料为热固化型氟碳树脂，溶剂为氯仿，重量百分比为50 wt%，使用 10mL—次性医用注射器，7号针头，针头与接收板间距离为18cm，施加20kV 高压静电场下静电喷涂，在常温下干燥得到粗糙结构表面。该表面粗糙结构的 尺寸为0.1 4微米，表面与水的接触角变为154.8°。 实施例14
所用原料为热固化型氟碳树脂，溶剂为氯仿，重量百分比为32 wt%，使用 lOmL—次性医用注射器，7号针头，针头与接收板间距离为20cm，施加25 kV 高压静电场下静电喷涂，在常温下干燥得到粗糙结构表面。该表面粗糙结构的 尺寸为10 100微米，表面接触角变为103.6°。 实施例15
所用原料为热固化型氟碳树脂，溶剂为氯仿，重量百分比为20 wt%，使用 10 mL —次性医用注射器，6号针头，针头与接收板间距离为25 cm，施加25 kV 高压静电场下静电喷涂，在常温下干燥得到粗糙结构表面。该表面粗糙结构的 尺寸为20 100微米，表面接触角变为98.6°。 实施例16
所用原料为热固化型氟碳树脂，溶剂为四氢呋喃，重量百分比为80 wt%, 使用10mL—次性医用注射器，8号针头，针头与接收板间距离为10cm，施加 10kV高压静电场下静电喷涂，在常温下干燥得到粗糙结构表面。该表面粗糙结 构的尺寸为0.5 10微米，表面与水的接触角变为145.4°。 实施例17所用原料为热固化型氟碳树脂，溶剂为四氢呋喃，重量百分比为60wt。/。， 使用lOmL—次性医用注射器，7号针头，针头与接收板间距离为16cm，施加 15kV高压静电场下静电喷涂，在常温下干燥得到粗糙结构表面。该表面粗糙结 构的尺寸为0.1 5微米，表面与水的接触角变为167.6°。 实施例18
所用原料为热固化型氟碳树脂，溶剂为四氢呋喃，重量百分比为40 wt%， 使用10mL—次性医用注射器，6号针头，针头与接收板间距离为16cm，施加 20kV高压静电场下静电喷涂，在常温下干燥得到粗糙结构表面。该表面粗糙结 构的尺寸为0.1 10微米，表面与水的接触角变为145.2°。 实施例19
所用原料为热固化型氟碳树脂，溶剂为四氢呋喃，重量百分比为30 wt%， 使用10mL—次性医用注射器，6号针头，针头与接收板间距离为20cm，施加 20kV高压静电场下静电喷涂，在常温下干燥得到粗糙结构表面。该表面粗糙结 构的尺寸为5 20微米，表面接触角变为122.2°。 实施例20
所用原料为热固化型氟碳树脂，溶剂为四氢呋喃，重量百分比为20 wt%， 使用10mL—次性医用注射器，6号针头，针头与接收板间距离为20 cm，施加 25kV高压静电场下静电喷涂，在常温下干燥得到粗糙结构表面。该表面粗糙结 构的尺寸为10 100微米，表面接触角变为105.2°。
权利要求
1、一种提高船体表面材料防污性能的方法，是采用静电喷涂技术，以氟碳树脂为原料，在常温下一步法制备微米-纳米复合的粗糙结构表面，通过利用该表面的粗糙结构与水以及海洋生物之间的接触面积的降低，使海洋生物不易接触到船体表面，最终提高表面的防污性能。
2、根据权利要求1所述的提高船体表面材料防污性能的方法，其特征在于所述的静电喷涂技术是在10 25 kV高压静电场下，在喷口处与接收板间距离为 10 25 cm的位置进行静电喷涂。
3、 根据权利要求2所述的提高船体表面材料防污性能的方法，其特征在于 所述氟碳树脂溶液的浓度是20 wt% 90 wt%。
4、 根据权利要求2所述的提高船体表面材料防污性能的方法，其特征在于 使用10mL—次性医用注射器进行喷涂。
5、 根据权利要求2所述的提高船体表面材料防污性能的方法，其特征在于 所述的喷口处采用6 9号针头。
6、 根据权利要求1 5中任意一项所述的提高船体表面材料防污性能的方 法，其特征在于所述氟碳树脂溶液采用的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋 喃、甲苯或氯仿中的任意一种。
7、 如权利要求1 5中任意一项所述的提高船体表面材料防污性能的方法所 制得的微米-纳米复合的粗糙结构表面，其粗糙结构的大小是0.1 100微米。
8、 如权利要求1 5任意一项所述的提高船体表面材料防污性能的方法所制 得的微米-纳米复合的粗糙结构表面，其粗糙结构的接触角是98° 168°。
全文摘要
一种提高船体表面材料防污性能的方法，属于船舶材料表面改性领域。本发明所采取的提高船体表面材料防污性能的方法是采用静电喷涂技术，以氟碳树脂为原料，在常温下一步法制备微米-纳米复合的粗糙结构，通过该粗糙结构表面与水以及海洋生物之间的真实接触面积的降低，使海洋生物不容易接触到船体表面，最终提高船舶表面的防污性能。本发明的方法设备简单，成本低，无环境污染，在常温下一步法制备出微纳米复合粗糙结构，达到提高船舶材料表面的防污性能的目的。
文档编号B05D5/02GK101444777SQ20081024697
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月29日 优先权日2008年12月29日
发明者廖明义, 金美花, 玮 马 申请人:大连海事大学