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图2 不同涂膜与水滴界面间的“气垫”
 

2.4微米-纳米阶层结构涂层防污机理讨论

所有的海洋附着生物，都是依赖分泌的粘液吸附在它们赖以生存的表面，在吸附过程中，粘液首先要润湿固体表面，然后在固体表面驻扎.润湿性决定了附着生物与涂膜表面之间的实际接触面积和吸附强度，润湿性好，粘液在涂膜表面的铺展面积大，如果涂膜的表面能低，粘液与涂膜间的接触角大，则粘液在涂膜表面的铺展面积减小，附着强度降低[13].因此，液体与固体的接触角越大，表明固体的疏水性越强，润湿性差，越不利于污损生物的吸附.对于低表面能防污涂料而言，当涂膜与水的接触角θ大于98°时，涂膜便具有了防污效果[14]，而接触角越大，则越不容易附着，涂料的防污性能越好.Callow[15]的研究表明，海洋生物在固体表面的吸附过程是：有四根鞭毛的游走孢子首先寻找固体表面，一旦鞭毛捕捉到适合生长的表面，便将储存在泡囊中的多聚糖-蛋白络合物的粘液释放出来，在孢子周围形成亲水的粘附垫，这一过程仅需几分钟，如果固体表面不适合生长，孢子便离开表面.游走孢子的尺寸为5μm（图3）[16]，而释放的多聚糖-蛋白络合物则是由各种氨基酸构成的生物大分子，平均分子量为38kDa，其尺寸约为5nm~20nm[17].根据粗糙表面的疏水原理，若在防污涂料的表面构筑出尺寸小于3μm~5μm的微米级凹槽，则可以阻止游走孢子在涂膜表面凹槽内的停留.若能在凹槽的底部和突起部表面再构建尺寸小于5nm~20nm的纳米级粗糙表面，使纳米粒子之间的间距小于生物大分子的尺寸，就能在生物附着过程中将气体封闭在纳米级的凹槽内，形成粘液和气体的界面，降低蛋白质粘液与涂膜的润湿性，保证涂膜的疏水性能，从而有效地防止海洋生物的附着。
 

 

图4是液滴在理想的微米结构表面和微米-纳米阶层结构表面的润湿情况示意图。
 

图4 液滴在结构表面的润湿情况示意图
 

2.5实海挂板试验

将具有不同接触角的2＃试样和3＃试样的防污涂料样板进行了一个月的实海浸泡试验，结果见图5.由图可见，未涂防污涂料的空白板上长满了藤壶和石灰虫等污损生物，接触角θ=136°的涂膜表面也生长着较多的海洋污损生物，而接触角θ=149°的涂膜表面则海洋生物的数量明显少于前者.充分表明，涂膜表面具有的微米－纳米阶层结构具有明显的防污效果。
 

 

3结论

低表面能防污涂料的疏水性受两个因素的影响，原料的表面能和涂膜的表面结构.以具有低表面能特性的有机硅改性丙烯酸树脂为基料，通过添加纳米SiO2和超细颜填料，能够构建具有疏水特性的纳米-微米阶层结构的涂膜表面，并能有效地提高涂料的疏水性能和防污性能.