專利名稱：具有海洋防污功能的仿生微納結(jié)構(gòu)表面材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有海洋防污功能的仿生微納結(jié)構(gòu)表面材料的制作方法。
背景技術(shù)：
在溫暖的海水中，只需數(shù)星期就可以生長(zhǎng)出1分米的污損生物，海洋生物的附著 給船舶和海洋設(shè)施帶來(lái)極大的危害。當(dāng)前利用仿生技術(shù)制備具有防污功能的材料備受研究 者關(guān)注，而且受到國(guó)際上越來(lái)越多的研究者的重視。同人工合成材料相比，天然生物的表面 結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出一些自然的具有某些特殊功能的微納分級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)造，例如，鯊魚具有肋條狀的 盾鱗表面不僅可以有效的減少游動(dòng)時(shí)的阻力，而且能夠防止污損生物的生長(zhǎng)；荷葉表面的 乳突狀結(jié)構(gòu)使荷葉具有良好的超疏水性能以及自清潔能力等等。這些微納表面結(jié)構(gòu)是生物 通過(guò)長(zhǎng)期遺傳進(jìn)化而優(yōu)化發(fā)展而來(lái)的，是自然界在長(zhǎng)達(dá)5億年的進(jìn)化過(guò)程中通過(guò)無(wú)數(shù)次淘 汰篩選得到的，是自然留給人類的精華。因此，有效的利用仿生技術(shù)，仿制具有海洋防污功 能的表面材料，可以大大縮短防污微納結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)成功率，制作出具有廣譜 防污功能的材料。 但是，由于海洋生物都是生活在海水中，和陸生生物相比其表面以及表面接觸的 都是海水，普通的仿生技術(shù)無(wú)法完全適用于海洋生物，因此如何使用合理的有效的仿生技 術(shù)是一個(gè)重要問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的具有海洋防污功能的仿生微納結(jié)構(gòu)表面材料的制作方法，由如下步驟組 成 a、采用濕法復(fù)制技術(shù)制作高分子材料負(fù)向結(jié)構(gòu)模板，對(duì)海洋中具有防污能力的生 物體表面進(jìn)行清洗，將PVA的水溶液澆注到其表面，待溶液中的水分蒸發(fā)后，將形成的PVA 膜從生物體表面揭下，形成高分子材料的具有生物體表面微結(jié)構(gòu)的負(fù)向模板；其中PVA水 溶液的濃度為5% 40% ; b、配置PDMS預(yù)聚體或TPU溶液或PU溶液，按PDMS單體和交聯(lián)劑混配均勻，其質(zhì) 量配比為PDMS單體交聯(lián)劑=10 20 : l，靜置10-20分鐘排出混入的空氣；或?qū)PU溶 解于丁酮或二甲基甲酰胺或四氫呋喃中，配制成2-20X溶液；或?qū)U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、將PDMS預(yù)聚體或TPU溶液或PU溶液澆到制作好的負(fù)向模板上，待預(yù)聚體完全 固化或溶劑揮發(fā)后與負(fù)向模板分離，形成具有海洋防污功能的仿生微納結(jié)構(gòu)表面材料。
本發(fā)明的具有海洋防污功能的仿生微納結(jié)構(gòu)表面材料的制作方法具有如下優(yōu)點(diǎn) 1.無(wú)需將海洋生物的表面做干燥處理，而直接采用水溶性的高分子材料的濕法復(fù)制負(fù)向模 板，防止了由于干燥等處理導(dǎo)致的源生物體表面結(jié)構(gòu)的破壞，使仿生制作的結(jié)構(gòu)和源生物 體表面結(jié)構(gòu)完全一致； 2.防污材料是一種無(wú)色透明的彈性高分子聚合物，具有很強(qiáng)的親有機(jī)性能和疏水
3性能，同時(shí)具有優(yōu)良的彈性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱耐寒性和耐腐蝕性；作為研究海洋防污的微 加工技術(shù)的基底材料，它顯示了非常理想的材料特征無(wú)毒無(wú)污染、良好的疏水性、自清潔、 防止海洋生物附著等； 3.本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單，好操作，易控制，成本低；模板材料價(jià)格便宜、配料工藝簡(jiǎn) 單； 4.負(fù)向模板可反復(fù)使用，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1.仿生制作具有馬面飩魚魚皮表面微納結(jié)構(gòu)的防污功能材料 1、制作馬面飩魚魚皮表面的微納結(jié)構(gòu)的負(fù)向模板 選取馬面飩魚魚皮置于清水中超聲清洗10分鐘，取出待用； 配置20% 40%的PVA水溶液，將其澆注到馬面飩魚魚皮表面，自然條件下靜置 時(shí)間至少為48小時(shí)，待水分揮發(fā)后將形成的PVA膜和魚皮分離，從而得到馬面飩魚魚皮表 面微納結(jié)構(gòu)的負(fù)向模板。 2、制作具有馬面飩魚魚皮表面微納結(jié)構(gòu)的防污功能材料 按PDMS單體和交聯(lián)劑質(zhì)量配比為10 20 : l，配置預(yù)聚體，靜置10 20分鐘排 出混入的空氣； 將配置好的預(yù)聚體澆到制作好的負(fù)向模板上，常溫下靜置24小時(shí)待預(yù)聚體固化 以后將負(fù)向模板與其分離，從而得到具有馬面飩魚魚皮表面微納結(jié)構(gòu)的防污功能材料。
實(shí)施例2.仿生制作具有鯊魚魚皮表面微結(jié)構(gòu)的防污減阻功能材料
1、制作鯊魚魚皮表面的微結(jié)構(gòu)的負(fù)向模板 選取適當(dāng)大小鯊魚皮去除皮下組織，置于清水中超聲清洗10分鐘，取出待用；
配置5% -20%的PVA水溶液，將其澆注到鯊魚皮的表面，置入40°C _70°C的烘箱 中，待水分揮發(fā)后PVA膜和鯊魚皮分離，從而得到鯊魚皮表面微結(jié)構(gòu)的負(fù)向模板。
2、制作具有鯊魚魚皮表面微結(jié)構(gòu)的防污減阻功能材料 將TPU溶解于丁酮(或二甲基甲酰胺或四氫呋喃)中，配制成2-20%溶液。
將配置好TPU溶液澆到制作好的負(fù)向模板上，常溫下靜置24-48小時(shí)待溶劑揮發(fā) 以后將負(fù)向模板與其分離，從而得到具有鯊魚魚皮表面微結(jié)構(gòu)的防污減阻功能材料。
實(shí)施例3.仿生制作具有魚類鱗片微結(jié)構(gòu)和排布的防污功能材料
1.制作魚類鱗片表面的微結(jié)構(gòu)和排布的負(fù)向模板 選取適當(dāng)大小魚類去除皮下組織保留體表的表皮以及鱗片，置于清水中清洗后取 出待用； 配置10% _30%的？￥八水溶液，將其澆注到魚類的體表面上，置入40" -7(TC的烘 箱中，待水分揮發(fā)后將形成的PVA膜和魚類體表面分離，從而得到魚類鱗片表面的微結(jié)構(gòu) 和排布的負(fù)向模板。 2.制作具有魚類鱗片表面微結(jié)構(gòu)和排布的防污功能材料 將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。 將配置好的PU溶液澆到制作好的負(fù)向模板上，常溫下靜置24-48小時(shí)待溶劑揮發(fā)
4以后將負(fù)向模板與其分離，從而得到具有魚類鱗片表面微結(jié)構(gòu)和排布的防污功能材料。
權(quán)利要求
一種具有海洋防污功能的仿生微納結(jié)構(gòu)表面材料的制作方法，其特征在于由如下步驟組成a、采用濕法復(fù)制技術(shù)制作高分子材料負(fù)向結(jié)構(gòu)模板，對(duì)海洋中具有防污能力的生物體表面進(jìn)行清洗，將PVA的水溶液澆注到其表面，待溶液中的水分蒸發(fā)后，將形成的PVA膜從生物體表面揭下，形成高分子材料的具有生物體表面微結(jié)構(gòu)的負(fù)向模板；其中PVA水溶液的濃度為5％～40％；b、配置PDMS預(yù)聚體或TPU溶液或PU溶液，按PDMS單體和交聯(lián)劑混配均勻，其質(zhì)量配比為PDMS單體∶交聯(lián)劑＝10～20∶1，靜置10-20分鐘排出混入的空氣；或?qū)PU溶解于丁酮或二甲基甲酰胺或四氫呋喃中，配制成2-20％溶液；或?qū)U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、將PDMS預(yù)聚體或TPU溶液或PU溶液澆到制作好的負(fù)向模板上，待預(yù)聚體完全固化或溶劑揮發(fā)后與負(fù)向模板分離，形成具有海洋防污功能的仿生微納結(jié)構(gòu)表面材料。
全文摘要
具有海洋防污功能的仿生微納結(jié)構(gòu)表面材料的制作方法，步驟為采用濕法復(fù)制技術(shù)制作高分子材料負(fù)向結(jié)構(gòu)模板，對(duì)海洋中具有防污能力的生物體表面進(jìn)行清洗，將PVA的水溶液澆注到其表面，待溶液中的水分蒸發(fā)后，揭下PVA膜，形成負(fù)向模板；PVA水溶液的濃度為5％～40％；配置PDMS單體和交聯(lián)劑混配均勻，其比例為PDMS單體∶交聯(lián)劑＝10～20∶1，排出混入的空氣；將預(yù)聚體澆到制作好的負(fù)向模板上，待預(yù)聚體完全固化后與負(fù)向模板分離，形成具有海洋防污功能的仿生微納結(jié)構(gòu)表面材料。也可用TPU溶液或PU溶液澆到負(fù)向模板上成型。本方法簡(jiǎn)單，好操作，易控制，成本低；模板材料價(jià)格便宜、配料工藝簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)C08L83/04GK101792534SQ20101001008
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月11日
發(fā)明者曲冰, 汪靜, 潘超 申請(qǐng)人:大連水產(chǎn)學(xué)院