【摘 要】
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海洋装备和海洋工程设施长期服役于海洋环境中,面临严重的腐蚀损伤和生物污损等问题。因此,开展海洋防腐防污涂层技术对提高海洋工程材料的服役安全性具有重要意义。具有“荷叶效应”的超双疏涂层可以有效地延缓腐蚀发生和降低生物附着污损。本论文将低表面能水性含氟聚氨酯与纳米氧化锌/氧化石墨烯复合制备超双疏涂层,利用超双疏表面对水及对海洋有机物质低粘附的特性,结合纳米氧化锌/氧化石墨烯的抗菌防腐作用,获得防腐防污
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海洋装备和海洋工程设施长期服役于海洋环境中,面临严重的腐蚀损伤和生物污损等问题。因此,开展海洋防腐防污涂层技术对提高海洋工程材料的服役安全性具有重要意义。具有“荷叶效应”的超双疏涂层可以有效地延缓腐蚀发生和降低生物附着污损。本论文将低表面能水性含氟聚氨酯与纳米氧化锌/氧化石墨烯复合制备超双疏涂层,利用超双疏表面对水及对海洋有机物质低粘附的特性,结合纳米氧化锌/氧化石墨烯的抗菌防腐作用,获得防腐防污功能涂层。对复合物和超双疏涂层结构进行了表征,并研究了纳米ZnO-GO/PU超双疏涂层的海洋防腐蚀性能和防生物黏附性能,主要研究内容如下:(1)采用全氟辛基三乙氧基硅烷(PFOTS)对纳米ZnO进行改性,利用水热复合法制备低表面能纳米ZnO-GO复合物,采用两步喷涂法制备得到纳米ZnO-GO/PU超双疏涂层。对涂层的结构、表面润湿性、电化学腐蚀性进行了研究。结果表明,PFOTS改性剂的最佳使用量为15wt%,改性后的纳米ZnO表面连接了大量的CF2和CF3基团,与GO负载得到低表面能纳米ZnO-GO复合物。纳米ZnO-GO/PU超双疏涂层的厚度为119μm,表面具有微/纳米粗糙度结构。涂层具有优异的机械稳定性、化学稳定性、耐盐水腐蚀性和耐盐雾腐蚀性能。纳米ZnO-GO/PU超双疏涂层能够有效阻止腐蚀介质与基底的接触,延缓腐蚀过程的发生。(2)采用PFOTS和KH-550两种改性剂对纳米ZnO进行表面改性,然后与氧化石墨烯(GO)复合。采用两步喷涂法在铝基板表面制备得到纳米ZnO-GO@PU超双疏涂层,对涂层的结构、表面润湿性、机械稳定性和抗生物污损性能进行了研究。结果表明,当KH-550和PFOTS以质量比1:3加入30wt%时,纳米ZnO的改性效果最佳。纳米ZnO-GO@PU超双疏涂层的厚度约为100μm,涂层表面具有微纳粗糙结构。纳米ZnO-GO@PU超双疏涂层表现出优异的抗小球藻黏附性能,对微生物的黏附与生长具有强的抑制作用,表现出明显的抗生物黏附效果。(3)采用快速沉淀法制备GO-ZnO复合物,用PFOTS对复合物进行表面修饰,采用共混喷涂法在铁基板表面制备得到GO-ZnO@PU超双疏涂层。对涂层的结构、表面润湿性、力学稳定性和抗生物污损性能进行了研究。结果表明,GO-ZnO@PU超双疏涂层厚度约为60μm,涂层的抗弯曲和抗冲击性能较好,涂层的附着力达到5 B级。GO-ZnO@PU超双疏涂层具有较好的抗小球藻黏附性能,对微生物的黏附和生长具有强的抑制作用,具有较好的抗生物黏附效果。
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