第四章_海洋防污损技术与材料.ppt

* 3. 氟硅树脂 有机硅树脂力学性能较差，不耐有机溶剂，但聚合物柔性好；氟碳树脂性能优异，含氟侧基可以改善材料的耐溶剂性能，提高表面性能，但其价格昂贵，利用两者的优点可得到性能更加优异的氟硅树脂。 将有机硅、有机氟配用，以硅氧链为主链，在侧链中引入一定浓度的CF3基团，由于其极大的表面活性，该基团严格取向于表面，整个大分子既保持了线形聚硅氧烷的高弹性及高流动性，又吸收了CF3基团的超低表面能特性，也就是说，硅-氟树脂低表面能防污涂料兼有理想化有机硅和有机氟防污涂料的特点，因此具有优异的防污性能。 在大部分合成报道中，合成氟硅聚合物主要有两种方法，可用聚硅氧烷大单体嫁接到氟碳骨架，也可将全氟代侧链嫁接到聚硅氧烷骨架上，但是所得到的聚合物相对分子质量通常较低，从而最终影响聚合物的性能。 Environment-friendly antifouling coatings * 人们在研究低表面能防污涂料的过程中，都是以使涂膜具有更低表面能为追求目标，千方百计地降低涂膜的表面能，似乎是表面能越低，防污效果越好，但事实并非如此。 Baier在研究表面能与附着量之间的关系时得到了著名的Baier曲线，指出当涂膜的表面能在22-24mJ/m2之间时，附着量对应一个最小值。 Brady在对具有不同表面能的树脂进行试验的结果也证实，聚六氟环氧丙烷的表面能最低，为16mJ/m2，但其防污效果并不是最好的，而聚二甲基硅氧烷(PDMS)的表面能为23mJ/m2，其防污效果最好。 分析其原因是由于海生物具有复杂的多样性，仅从涂料的表面能并不能准确概括防污涂料的全貌，如藤壶在表面能为30-35mJ/m2的表面最易附着，苔鲜虫则在10-30mJ/m2的表面能范围内均有很强的附着力。 对一种涂层而言，不可能同时满足不同的表面能要求，这就造成了低表面能防污涂料的研究历时经久但却没有像自抛光防污涂料一样取得显著的成效。 Environment-friendly antifouling coatings * * 4.2.3.3 导电防污涂料 导电防污涂料主要有两种： (1)在涂膜表面通过微弱电流，使海水电解产生次氯酸离子达到防污目的。即：在船底涂一层绝缘层涂膜，再涂一层导电性涂料，以此为阳极，使船底其它与海水接触的部分为阴极，在两极之间施加弱电流即产生ClO-。由于产生的离子膜仅10μm，在海水中的浓度比在自来水中的浓度还低，因而不污染环境。 (2)不通弱电流的方法。以主链上有共轭双键的导电高分子材料(电导率为10-9s/cm以上)为有效成分，配制防污涂料涂覆在不锈钢板上 。 Environment-friendly antifouling coatings * 4.2.3.4 表面植绒型防污涂料 通过物理的方法，在涂料表面植入一层致密的纤维绒毛，在海水的作用下，绒毛随水流不停地摆动，形成不稳定表面，可以防止海洋生物的附着。 但这种方法需要使用专门的植绒设备，修补困难，难以被船厂接受，同时，在绒毛的长短、粗细以及绒毛的疏密分布等施工工艺方面还需进一步研究 Environment-friendly antifouling coatings * 样品表征：玫瑰花瓣表面水的高粘滞性 * 样品表征：一次复形所得PVA的表面微观形貌 * 样品表征：二次复形所得PDMS的表面微观形貌 * 样品表征：二次复形所得PDMS的表面微观形貌 * 样品表征：PDMS 复形产物的浸润性 * * 理论解释 Wenzel和Cassie模型都认为固体表面的粗糙度可以增强其表面的疏液性，但两者内在机制却是不一样的，液滴对粗糙表面上凹槽填充度的不同使得它们的接触角滞后现象有很大的区别，同时导致粘附性能有所差异，进而影响超疏液表面的动态性能。 一般而言，前者是通过增加固液接触面积而实现表观接触角的增大，因此液滴几乎被牢固地粘附于固体表面上，滚动角非常大；后者则是通过减少固液接触面积而增强表观接触角的，滚动角非常小，宏观表现上水滴很容易在这样的表面上滚落。 由于两种状态都可以增大疏液表面的表观接触角，因此可以将液滴在表面的滚动性作为水滴在粗糙表面处于Wenzel或Cassie状态的简单判别方法 * 理论模型 * 金美花博士的理论解释 Wenzel与Cassie过渡的状态，也称复合态，命名为Gecko状态。 复合态表面的空气存在两种类型：一种是与环境相通的；另一种是被封闭在微纳复合结构内的。 当水滴静止在表面上的时候，复合态表面的空气的作用是导致了高的接触角，而水滴和表面的作用力是范德华力的。此时与Cassie状态的情形类似。 然而，一旦水滴被外力拉，封闭在纳米管内的空气的体积将发生相应的变化而引起负压，这样就可能产生一个“粘附”力。 M. Jin, X. Feng, L. Feng, T. S