一种双重防污超滑表面材料及其制备方法

本发明涉及一种防污材料，具体涉及一种双重防污超滑表面材料及其制备方法与其在防污领域中的应用。

背景技术：

1、随着全球海洋经济的迅猛发展，海洋生物污损已经成为一个全球性的热点问题。海洋生物污损是指海洋生物(细菌、藻类、动物等)附着在浸没于海水中的固体表面，聚集且不断生长，在表面形成一层生物污垢的过程。近年来，液体注入型超滑表面(slipperyliquid-infused porous surfaces，slips)已被证明能够有效抑制海洋生物附着，构建slips是一种有效的绿色环保防污技术。slips是通过将全氟液体、硅油或离子液体等润滑油注入到提前构建好的含有多孔或分级粗糙结构基底制备得到，在其多孔的结构中可以容纳大量的润滑油。slips具有众多独特的性质，如高压稳定性、高透明性、多种液体排斥性和自修复性，在防冻、防腐、防海洋污染和实现高透明性材料等领域具有重要的应用。然而，slips的制备方法较为复杂，成本高，大多是采用浸润法制备slips，需要先通过复杂的方法制备高度粗糙表面(如刻蚀法、电化学沉积法、层层自组装等)，涉及特定的设备、苛刻的条件和较长的周期，难以用于大面积slips的制备。其次，一方面，由于slips表面的微纳米结构会因为摩擦以及水流等因素的影响而被破坏，导致微纳米结构中储存的润滑油流失，另一方面，slips表面的润滑油也会因为挥发、挟带等因素损失，不能保障使用持久性，因此slips在海洋长期防污方面存在缺陷。

2、为了解决slips的润滑油损失这一问题，已有专利发展了一种特殊的不易损失润滑油的超滑表面，通过将有机聚硅氮烷(polyorganosilazane，psz)与聚二甲基硅氧烷(以下简称二甲基硅油)一定体积比物理共混后形成溶液混合物，高温固化在基底表面制备一种特殊的不易损失润滑油的超滑表面，固化后的psz具有良好的平整度和自身的疏水性，并与表面的硅油分子结合，使其具有优异的光滑性能。此外，值得注意的是，二甲基硅油并不是像slips那样灌注到基底表面的微纳米结构中，而是通过psz在高温固化过程中一部分二甲基硅油被固定在高交联的psz中，另一部分二甲基硅油以薄膜的形式紧密粘附在超滑表面，psz与二甲基硅油分子之间的吸引力很强，由于固化后的psz与二甲基硅油分子的化学结构相似，它们之间由化学亲和力产生的粘附作用很大，因此，二甲基硅油分子很难损失，使得所提出的超滑表面几乎没有润滑油损失。为了发展新的长期防污技术，实现不易损失润滑油超滑表面在防污方面的应用，急需开发新的psz在超滑表面的制备技术。

技术实现思路

1、为了解决slips在海洋长期防污方面存在的缺陷、进一步提高超滑表面的防污性能，本发明提供了一种双重防污超滑表面材料及其制备方法。本发明通过一锅反应法制备溶液混合物，将有机聚硅氮烷(polyorganosilazane，psz)、聚二甲基硅氧烷(以下简称二甲基硅油)、羟基封端的聚二甲基硅氧烷(以下简称羟基硅油)和氧化亚铜-单宁酸(cu2o-ta)微粒物理共混而后将溶液混合物滴在基底表面，通过高温加热使其固化，从而获得由psz、硅油、cu2o-ta微粒组成的双重防污超滑表面，且cu2o-ta均匀掺杂在双重防污超滑表面中。本发明具有优异的光滑性和不易损失润滑油能力，超滑表面本身具有防污性能；双重防污超滑表面可持续释放铜离子起到化学防污的作用，因而具有双重防污性能。本发明的显著优势在于制备过程简便，保留了slips所具有的优异光滑性能，具有相对于slips材料没有的不易损失润滑油性能和更高的双重防污性能。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种双重防污超滑表面材料，包括基底和双重防污超滑表面，所述双重防污超滑表面由psz、硅油、cu2o-ta微粒组成。

4、一种上述双重防污超滑表面材料的制备方法，包括如下步骤：

5、步骤一、溶液混合物的制备：

6、将80～320μl二甲基硅油、80μlpsz、2～10μl羟基硅油、5～70mg cu2o-ta微粒加入50μl乙酸乙酯中，磁力搅拌，制得溶液混合物，其中：磁力搅拌的时间为24h，温度为60～90℃；

7、步骤二、双重防污超滑表面的制备：

8、将溶液混合物滴涂在打磨并清洗干净的基底表面上，使溶液混合物均匀铺在基底的表面上，通过高温固化的方式使溶液混合物在基底表面固化，制得由psz、硅油、cu2o-ta微粒组成的双重防污超滑表面，其中：高温固化的温度为100～300℃，时间为1～5h。

9、相比于现有技术，本发明具有如下优点：

10、1、本发明的方法可以通过简单的一锅反应法实现双重防污超滑表面的制备，获得具有双重防污性能的超滑表面，其润滑油不易损失，同时又提高了其疏水性能和防污性能。

11、2、本发明中的psz不仅可与基底表面的羟基反应，增强超滑表面与基底之间的粘附力，还可与羟基硅油的羟基及cu2o-ta微粒表面的羟基反应。

12、3、本发明制备的双重防污超滑表面与传统slips大有不同，润滑油无需灌注进表面微纳米结构中，而是通过psz在高温固化过程中一部分二甲基硅油被固定在高交联的psz中，另一部分二甲基硅油以薄膜的形式紧密粘附在双重防污超滑表面，羟基硅油的羟基与psz的反应位点(si-h)交联，进一步增强了二甲基硅油与psz的化学亲和性，同时二甲基硅油在双重防污超滑表面形成后与psz和cu2o-ta微粒充分混合作为润滑油，psz与二甲基硅油分子之间的吸引力很强，由于固化后的psz与二甲基硅油分子的化学结构相似，它们之间由化学亲和力产生的粘附作用很大，因此，二甲基硅油分子很难损失，使得所提出的超滑表面几乎没有润滑油损失，除此之外，cu2o-ta微粒可以均匀分散在溶液混合物中，由于psz可与cu2o-ta微粒表面的羟基共价交联，故固化之后cu2o-ta微粒可以结合在形成的双重防污超滑表面中，也均匀掺杂在双重防污超滑表面里，同时铜离子的可持续释放提高了其防污性能，可以应用于长期海洋防污领域。

13、4、本发明的制备过程简便，疏水性能和防污性能得到显著提高，解决了传统防污涂料在海洋设施处于停泊或锚定条件下实现有效防污等难题，在绿色高效及长期海洋防污等领域具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种双重防污超滑表面材料，其特征在于所述材料包括基底和双重防污超滑表面，所述双重防污超滑表面由psz、硅油、cu2o-ta微粒组成。

2.根据权利要求1所述的双重防污超滑表面材料，其特征在于所述基底具有羟基的固体基底。

3.根据权利要求1所述的双重防污超滑表面材料，其特征在于所述具有羟基的固体基底为镁合金、钛合金、铁合金或玻璃片。

4.一种权利要求1-3任一项所述双重防污超滑表面材料的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的双重防污超滑表面材料的制备方法，其特征在于所述磁力搅拌的时间为24h，温度为60～90℃。

6.根据权利要求4所述的双重防污超滑表面材料的制备方法，其特征在于所述高温固化的温度为100～300℃，时间为1～5h。

7.一种权利要求1-3任一项所述双重防污超滑表面材料在防污涂料中的应用。

技术总结本发明公开了一种双重防污超滑表面材料及其制备方法，所述材料包括基底和双重防污超滑表面，所述双重防污超滑表面由PSZ、硅油、Cu<subgt;2</subgt;O‑TA微粒组成。本发明通过一锅反应法制备溶液混合物，将溶液混合物滴在基底表面，通过高温加热使其固化，从而获得由PSZ、硅油、Cu<subgt;2</subgt;O‑TA微粒组成的双重防污超滑表面，且Cu<subgt;2</subgt;O‑TA均匀掺杂在双重防污超滑表面中。本发明具有优异的光滑性和不易损失润滑油能力，超滑表面本身具有防污性能；铜离子的可持续释放性起到化学防污的作用，因而具有双重防污性能。本发明的制备过程简便，保留了SLIPS所具有的优异光滑性能，具有相对于SLIPS材料没有的不易损失润滑油性能和更高的双重防污性能。技术研发人员：林显坤,贺强,张豆豆,徐杰受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15