CN101792534B - 具有海洋防污功能的仿生微纳结构表面材料的制作方法 - Google Patents

Abstract

具有海洋防污功能的仿生微纳结构表面材料的制作方法，步骤为：采用湿法复制技术制作高分子材料负向结构模板，对海洋中具有防污能力的生物体表面进行超声清洗，将PVA的水溶液浇注到其表面，待溶液中的水分蒸发后，揭下PVA膜，形成负向模板；PVA水溶液的浓度为20％～40％；配置PDMS单体和交联剂混配均匀，其比例为PDMS单体∶交联剂＝10～20∶1，排出混入的空气；将预聚体浇到制作好的负向模板上，待预聚体完全固化后与负向模板分离，形成具有海洋防污功能的仿生微纳结构表面材料。也可用TPU溶液或PU溶液浇到负向模板上成型。本方法简单，好操作，易控制，成本低；模板材料价格便宜、配料工艺简单。

Description

具有海洋防污功能的仿生微纳结构表面材料的制作方法

技术领域

本发明涉及一种具有海洋防污功能的仿生微纳结构表面材料的制作方法。

背景技术

在温暖的海水中，只需数星期就可以生长出1分米的污损生物，海洋生物的附着给船舶和海洋设施带来极大的危害。当前利用仿生技术制备具有防污功能的材料备受研究者关注，而且受到国际上越来越多的研究者的重视。同人工合成材料相比，天然生物的表面结构呈现出一些自然的具有某些特殊功能的微纳分级结构构造，例如，鲨鱼具有肋条状的盾鳞表面不仅可以有效的减少游动时的阻力，而且能够防止污损生物的生长；荷叶表面的乳突状结构使荷叶具有良好的超疏水性能以及自清洁能力等等。这些微纳表面结构是生物通过长期遗传进化而优化发展而来的，是自然界在长达5亿年的进化过程中通过无数次淘汰筛选得到的，是自然留给人类的精华。因此，有效的利用仿生技术，仿制具有海洋防污功能的表面材料，可以大大缩短防污微纳结构的设计周期，提高设计成功率，制作出具有广谱防污功能的材料。

但是，由于海洋生物都是生活在海水中，和陆生生物相比其表面以及表面接触的都是海水，普通的仿生技术无法完全适用于海洋生物，因此如何使用合理的有效的仿生技术是一个重要问题。

发明内容

本发明的具有海洋防污功能的仿生微纳结构表面材料的制作方法，由如下步骤组成：

a、采用湿法复制技术制作高分子材料负向结构模板，对海洋中具有防污能力的生物体表面进行超声清洗，将PVA的水溶液浇注到其表面，待溶液中的水分蒸发后，将形成的PVA膜从生物体表面揭下，形成高分子材料的具有生物体表面微结构的负向模板；其中PVA水溶液的浓度为20％～40％；

b、配置PDMS预聚体或TPU溶液或PU溶液，按PDMS单体和交联剂混配均匀，其质量配比为PDMS单体∶交联剂＝10～20∶1，静置10-20分钟排出混入的空气；或将TPU溶解于丁酮或二甲基甲酰胺或四氢呋喃中，配制成2-20％溶液；或将PU溶解于二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中，配制成2-20％溶液；

c、将PDMS预聚体或TPU溶液或PU溶液浇到制作好的负向模板上，待预聚体完全固化或溶剂挥发后与负向模板分离，形成具有海洋防污功能的仿生微纳结构表面材料。

本发明的具有海洋防污功能的仿生微纳结构表面材料的制作方法具有如下优点：1.无需将海洋生物的表面做干燥处理，而直接采用水溶性的高分子材料的湿法复制负向模板，防止了由于干燥等处理导致的源生物体表面结构的破坏，使仿生制作的结构和源生物体表面结构完全一致；

2.防污材料是一种无色透明的弹性高分子聚合物，具有很强的亲有机性能和疏水性能，同时具有优良的弹性、化学稳定性、耐热耐寒性和耐腐蚀性；作为研究海洋防污的微加工技术的基底材料，它显示了非常理想的材料特征：无毒无污染、良好的疏水性、自清洁、防止海洋生物附着等；

3.本发明的方法简单，好操作，易控制，成本低；模板材料价格便宜、配料工艺简单；

4.负向模板可反复使用，适合大规模生产。

具体实施方式

实施例1.仿生制作具有马面鲀鱼鱼皮表面微纳结构的防污功能材料

1、制作马面鲀鱼鱼皮表面的微纳结构的负向模板

选取马面鲀鱼鱼皮置于清水中超声清洗10分钟，取出待用；

配置20％～40％的PVA水溶液，将其浇注到马面鲀鱼鱼皮表面，自然条件下静置时间至少为48小时，待水分挥发后将形成的PVA膜和鱼皮分离，从而得到马面鲀鱼鱼皮表面微纳结构的负向模板。

2、制作具有马面鲀鱼鱼皮表面微纳结构的防污功能材料

按PDMS单体和交联剂质量配比为10～20∶1，配置预聚体，静置10～20分钟排出混入的空气；

将配置好的预聚体浇到制作好的负向模板上，常温下静置24小时待预聚体固化以后将负向模板与其分离，从而得到具有马面鲀鱼鱼皮表面微纳结构的防污功能材料。

实施例2.仿生制作具有鲨鱼鱼皮表面微结构的防污减阻功能材料

1、制作鲨鱼鱼皮表面的微结构的负向模板

选取适当大小鲨鱼皮去除皮下组织，置于清水中超声清洗10分钟，取出待用；

配置5％-20％的PVA水溶液，将其浇注到鲨鱼皮的表面，置入40℃-70℃的烘箱中，待水分挥发后PVA膜和鲨鱼皮分离，从而得到鲨鱼皮表面微结构的负向模板。

2、制作具有鲨鱼鱼皮表面微结构的防污减阻功能材料

将TPU溶解于丁酮(或二甲基甲酰胺或四氢呋喃)中，配制成2-20％溶液。

将配置好TPU溶液浇到制作好的负向模板上，常温下静置24-48小时待溶剂挥发以后将负向模板与其分离，从而得到具有鲨鱼鱼皮表面微结构的防污减阻功能材料。

实施例3.仿生制作具有鱼类鳞片微结构和排布的防污功能材料

1.制作鱼类鳞片表面的微结构和排布的负向模板

选取适当大小鱼类去除皮下组织保留体表的表皮以及鳞片，置于清水中清洗后取出待用；

配置10％-30％的PVA水溶液，将其浇注到鱼类的体表面上，置入40℃-70℃的烘箱中，待水分挥发后将形成的PVA膜和鱼类体表面分离，从而得到鱼类鳞片表面的微结构和排布的负向模板。

2.制作具有鱼类鳞片表面微结构和排布的防污功能材料

将PU溶解于二甲基甲酰胺(或二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮)中，配制成2-20％溶液。

将配置好的PU溶液浇到制作好的负向模板上，常温下静置24-48小时待溶剂挥发以后将负向模板与其分离，从而得到具有鱼类鳞片表面微结构和排布的防污功能材料。

Claims (1)

1.一种具有海洋防污功能的仿生微纳结构表面材料的制作方法，其特征在于：由如下步骤组成：

a、采用湿法复制技术制作高分子材料负向结构模板，对海洋中具有防污能力的生物体表面进行超声清洗，将PVA的水溶液浇注到其表面，待溶液中的水分蒸发后，将形成的PVA膜从生物体表面揭下，形成高分子材料的具有生物体表面微结构的负向模板；其中PVA水溶液的浓度为20％～40％；

b、配制PDMS预聚体或TPU溶液或PU溶液，按PDMS单体和交联剂混配均匀，其质量配比为PDMS单体∶交联剂＝10～20∶1，静置10-20分钟排出混入的空气；或将TPU溶解于丁酮或二甲基甲酰胺或四氢呋喃中，配制成2-20％溶液；或将PU溶解于二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中，配制成2-20％溶液；

c、将PDMS预聚体或TPU溶液或PU溶液浇到制作好的负向模板上，待预聚体完全固化或溶剂挥发后与负向模板分离，形成具有海洋防污功能的仿生微纳结构表面材料。