多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料及其制备方法与应用
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; 授权; |
| 专利有效性 | 有效专利 | 当前状态 | 授权 |
| 申请号 | CN202411062197.1 | 申请日 | 2024-08-05 |
| 公开(公告)号 | CN118558568A | 公开(公告)日 | 2024-08-30 |
| 申请人 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所; | 申请人类型 | 科研院所 |
| 发明人 | 朱丽静; 曾志翔; 朱萍; 王刚; | 第一发明人 | 朱丽静 |
| 权利人 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 权利人类型 | 科研院所 |
| 当前权利人 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 当前权利人类型 | 科研院所 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：浙江省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：浙江省宁波市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：浙江省宁波市镇海区庄市大道519号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：315201 |
| 主IPC国际分类 | B05D7/24 | 所有IPC国际分类 | B05D7/24 ; B05D7/00 ; B05D5/00 ; B05D3/10 ; B05D7/02 ; B05D7/14 ; C03C17/34 ; C08J7/04 ; C08F220/06 ; C08F283/00 ; C09D127/12 ; C09D163/00 ; C09D151/08 ; C09D175/04 ; C09D183/04 ; C09D7/61 ; C08L101/00 |
| 专利引用数量 | 5 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 专利代理人 | ||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种多重防污协同柔性强化减阻特性的多层 复合材料 及其制备方法与应用。所述多层复合材料包括层叠设置的杂化连接层、主动防污柔性减阻层和被动防污弹性减阻层。所述制备方法包括：在基材上先构建具有峰谷结构的杂化连接层，之后涂覆柔性复合 水 凝胶，利用羧基基团与 金属离子 之间的强配位作用，构建主动防污柔性减阻层；再选择性地构建被动防污弹性减阻层，制得多层复合材料。本发明通过多层优势互补、多功能耦合，协同杂化连接层峰谷结构的锚定作用、具有厚度阶梯的弹性减阻表面的减阻特性、主动防污和被动防污共同减少 生物 污染 带来的摩擦阻 力 增大问题，最终得到稳定的复合材料，可用于实现水上 船舶 、水下舰艇等的防污、减阻与提速。 | ||
| 权利要求 | 1.一种多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料的制备方法，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料及其制备方法与应用 技术领域[0001] 本发明涉及一种多层复合材料，尤其涉及一种多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料及其制备方法与应用，属于海洋减阻材料技术领域。 背景技术[0002] 水上船舶、水下舰艇等运行过程中受到摩擦阻力的影响，航速降低、能耗提高。柔性减阻技术以海豚柔软有弹性的皮肤为仿生源，海豚作为海洋哺乳动物拥有高速游动能力。海豚皮肤柔软且有弹性，表皮下方有用来感知水压的乳头状凸起组织，平均粗糙度在5.1 μm。海豚通过控制这些组织的收缩或膨胀在肌肤表面形成褶皱来自适应外部的流场压力，有效抑制压力脉动，同时吸收外部流场作用于柔性涂层上的动能，提高外部流场层流向湍流转变的雷诺数上限和边界层的稳定性，层流向湍流转捩的位置延后，摩擦阻力降低。但是，仿海豚皮肤的弹性材料强度往往较差，易破损与脱落，材料失效。此外，海豚常常处于游动状态，弹性与光滑的皮肤能够阻挡生物质的贴附，抑制生物污染，避免生物污染带来的摩擦阻力增大。而大型运输船舶停航时间较长，仅依靠弹性与光滑的材料表面难以抵御生物污染。 发明内容[0003] 本发明的主要目的在于提供一种多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料及其制备方法，以克服现有技术中的不足。 [0004] 本发明的另一目的还在于提供所述多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料的应用。 [0005] 为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：本发明实施例提供了一种多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料的制备方法，其包括： 使包含硅烷偶联剂、二维片层材料、纳米颗粒、环氧树脂、氟碳树脂和混合溶剂的第一混合反应体系进行第一反应，并施加于基材表面，得到具有峰谷结构的杂化连接层； 使包含聚氨酯、强极性单体、引发剂和混合溶剂的第二混合反应体系在保护性气氛中进行第二反应，得到柔性复合水凝胶；并将所述柔性复合水凝胶施加于具有峰谷结构的杂化连接层表面，固化，之后浸置于金属盐水溶液中静置反应，得到主动防污柔性减阻层； 使包含聚氨酯、聚硅氧烷、儿茶酚化合物和混合溶剂的第三混合反应体系进行第三反应，得到微相分离复合溶液；使所述微相分离复合溶液间隔设置于所述主动防污柔性减阻层表面，并固化，从而在所述主动防污柔性减阻层表面形成间隔设置的弹性减阻单元，得到被动防污弹性减阻层，制得多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料。 [0006] 在一些实施方案中，所述制备方法包括：将掩膜版置于所述主动防污柔性减阻层表面，并涂覆所述微相分离复合溶液，之后固化，得到所述被动防污弹性减阻层。 [0007] 本发明实施例还提供了由前述制备方法制得的多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料，其包括在基材上依次层叠设置的杂化连接层、主动防污柔性减阻层和被动防污弹性减阻层。 [0008] 本发明实施例还提供了前述多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料于防污或减阻提速领域中的应用。 [0009] 与现有技术相比，本发明的有益效果包括：1）本发明制备的多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料中具有峰谷结构的杂化连接层能提高主动防污柔性减阻层和被动防污弹性减阻层在基材上的结合牢度，提高减阻复合材料的稳定性、延长使用寿命； 2）本发明利用掩膜板得到具有厚度阶梯的弹性减阻表面，厚度梯度和弹性协同适应外部的流场压力，可有效抑制压力脉动，同时吸收外部流场作用于弹性涂层上的动能，提高外部流场层流向湍流转变的雷诺数上限和边界层的稳定性，层流向湍流转捩的位置延后，摩擦阻力降低、减阻能力提高； 3）本发明中的主动防污柔性减阻层和被动防污弹性减阻层共同作用，可阻断海水中细菌、藤壶、藻类等物质在减阻材料表面形成条件膜，进而抑制生物污染，减少生物污染带来的摩擦阻力增大问题； 4）本发明通过多层优势互补、多功能耦合，协同杂化连接层峰谷结构的锚定作用、具有厚度阶梯的弹性减阻表面的减阻特性、主动防污和被动防污共同减少生物污染带来的摩擦阻力增大问题，最终得到稳定的多重防污协同柔性强化减阻特性的复合材料，可用于实现水上船舶、水下舰艇等的防污、减阻与提速。 附图说明 [0010] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0011] 图1为本发明一典型实施方案中一种多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料的结构示意图。 [0012] 附图标记：1‑基材，2‑杂化连接层，3‑主动防污柔性减阻层，4‑被动防污弹性减阻层。 具体实施方式[0013] 鉴于上述现有技术中存在的问题，经过长期的研究和大量的实验，本案发明人提出了该技术方案，其主要是提供一种多重防污协同柔性强化减阻特性的复合材料，该复合材料为基材上逐层建造的自下而上的杂化连接层、主动防污柔性减阻层、被动防污弹性减阻层，多层优势互补、多功能耦合，最终得到多重防污协同柔性强化减阻特性的复合材料，可用于实现水上船舶、水下舰艇等的防污、减阻与提速。 [0014] 如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。 [0015] 作为本发明技术方案的一个方面，其所涉及的一种多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料的制备方法包括：使包含硅烷偶联剂、二维片层材料、纳米颗粒、环氧树脂、氟碳树脂和混合溶剂的第一混合反应体系进行第一反应，并施加于基材表面，得到具有峰谷结构的杂化连接层； 使包含聚氨酯、强极性单体、引发剂和混合溶剂的第二混合反应体系在保护性气氛中进行第二反应，得到柔性复合水凝胶；并将所述柔性复合水凝胶施加于具有峰谷结构的杂化连接层表面，固化，之后浸置于金属盐水溶液中静置反应，得到主动防污柔性减阻层； 使包含聚氨酯、聚硅氧烷、儿茶酚化合物和混合溶剂的第三混合反应体系进行第三反应，得到微相分离复合溶液；使所述微相分离复合溶液间隔设置于所述主动防污柔性减阻层表面，并固化，从而在所述主动防污柔性减阻层表面形成间隔设置的弹性减阻单元，得到被动防污弹性减阻层，制得多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料。 [0016] 本发明的微相分离复合溶液中，聚氨酯、聚硅氧烷、儿茶酚化合物在混合溶剂中的溶解性不同，因此会发生微相分离，即发生相分离的尺度比较小，宏观上看上去还是均相溶液，微相分离有利于构筑仿海豚皮肤的减阻表面。 [0017] 在一些实施方案中，所述混合溶剂包括极性溶剂与弱极性溶剂的组合，其中，所述极性溶剂与弱极性溶剂的体积比为1:9 9:1。~ [0018] 进一步地，所述极性溶剂可以是N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺、N‑甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜等中的任意一种或两种以上的组合，但不仅限于此。 [0019] 进一步地，所述弱极性溶剂可以是四氢呋喃、甲苯、氯仿等中的任意一种或两种以上的组合，但不仅限于此。 [0020] 在一些实施方案中，所述第一混合反应体系包括1 10wt%的硅烷偶联剂、0.1 2wt%~ ~的二维片层材料、0.1 5wt%的纳米颗粒、5 20wt%的环氧树脂和5 20wt%的氟碳树脂。 ~ ~ ~ [0021] 在一些实施方案中，所述硅烷偶联剂可以包括氨基丙基三乙氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、异氰酸丙基三乙氧基硅烷等中的任意一种或两种以上的组合，但不仅限于此。 [0022] 在一些实施方案中，所述二维片层材料可以包括还原氧化石墨烯、二硫化钼、蒙脱石纳米片等中的任意一种或两种以上的组合，但不仅限于此。 [0023] 进一步地，所述二维片层材料的片径为5nm 100µm，片层层数为1 5层。~ ~ [0025] 进一步地，所述纳米颗粒的粒径为5 100nm。~ [0026] 在一些实施方案中，所述基材可以包括玻璃、塑料、金属板中的至少任意一种，但不仅限于此。 [0027] 在一些实施方案中，所述第一反应的温度为30 60℃，第一反应的时间为1 24h。本~ ~步骤中进行第一反应的机理在于：1 10wt%的硅烷偶联剂、0.1 2wt%的二维片层材料、0.1~ ~ ~ 5wt%的纳米颗粒、5 20wt%的环氧树脂和5 20wt%的氟碳树脂在溶剂中的溶解性不同，根据~ ~ 相似相容原理，成膜过程中，各组分自发排列组合，堆叠形成膜；并且，环氧树脂和氟碳树脂会流平成膜，而二维片层材料和纳米颗粒只能分散在溶剂中，流平性差。且二维片层材料和纳米颗粒尺寸比较大，两者组合可以在膜上形成嵌入型的凸起，即得到具有峰谷结构的杂化连接层。 [0028] 在一些实施方案中，所述制备方法具体包括：在保护性气氛中，将聚氨酯加入混合溶剂中，搅拌溶解，之后加入强极性单体和引发剂搅拌进行第二反应，制得所述柔性复合水凝胶。 [0029] 在一些实施方案中，所述第二混合反应体系包括5 30wt%的聚氨酯、2 20wt%的强~ ~极性单体和0.1 2wt%的引发剂。 ~ [0030] 在一些实施方案中，所述强极性单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、均苯二酐二甲基丙烯酸羟乙酯等中的任意一种或两种以上的组合，但不仅限于此。 [0031] 进一步地，所述引发剂可以是偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈等中的至少任意一种，但不仅限于此。 [0032] 在一些实施方案中，所述搅拌溶解的温度为30 60℃，时间为1 8h。~ ~ [0033] 在一些实施方案中，所述第二反应的温度为60 100℃，时间为2 24h。本步骤中进~ ~行第二反应的机理在于：强极性单体发生自由基聚合反应，生成聚合物，并与聚氨酯链发生缠结，生成柔性复合水凝胶。 [0034] 进一步地，所述保护性气氛可以是氮气气氛，但不仅限于此。 [0035] 在一些实施方案中，所述制备方法具体包括：将所述柔性复合水凝胶涂覆于具有峰谷结构的杂化连接层表面，于5 60℃固化5min 24h，之后浸置于金属盐水溶液中，于5 60~ ~ ~℃静置反应10min 24h，得到主动防污柔性减阻层。在本步骤中，本发明利用强极性单体的~ 羧基基团与金属离子之间的强配位作用，可以显著提升金属离子的结合力，从而构建主动防污柔性减阻层。 [0036] 在一些实施方案中，所述金属盐水溶液中所含金属盐的浓度为1 20wt%。~ [0038] 在一些实施方案中，所述第三混合反应体系包括5 30wt%的聚氨酯、5 20wt%的聚~ ~硅氧烷和0.1 5wt%的儿茶酚化合物。 ~ [0040] 在一些实施方案中，所述第三反应的温度为30 60℃，时间为1 24h。本步骤中进行~ ~第三反应的机理在于：聚氨酯主要提供柔性，聚硅氧烷具有低表面能，可阻碍污染物的贴附与沉积，由于聚氨酯和聚硅氧烷之间的物化特性差异大，难以形成均相容易，因此加入儿茶酚化合物，能够提高两相界面之间的相容性。 [0041] 在一些实施方案中，所述制备方法具体包括：将掩膜版置于所述主动防污柔性减阻层表面，并涂覆所述微相分离复合溶液，之后固化，得到所述被动防污弹性减阻层；其中，所述掩膜版的孔径为30 500µm，厚度为10 500µm。~ ~ [0042] 在一些实施方案中，所述固化的温度为5 60℃，时间为5min 24h。~ ~ [0043] 其中，作为一更为具体的实施方案之一，所述多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料的制备方法可以包括以下步骤：（1）将1 10wt%硅烷偶联剂、0.1 2wt%二维片层材料、0.1 5wt%纳米颗粒、5 20wt%~ ~ ~ ~ 环氧树脂和5 20wt%氟碳树脂加入N,N‑二甲基甲酰胺与四氢呋喃组成的混合溶剂中（二者~ 体积比为1:9 9:1），30 60℃搅拌反应1 24h，涂刷在基材表面，得到具有峰谷结构的杂化连~ ~ ~ 接层； （2）将5 30wt%聚氨酯加入N,N‑二甲基甲酰胺与四氢呋喃组成的混合溶剂中（二者~ 体积比为1:9 9:1），30 60℃搅拌溶解1 8h，加入2 20wt%强极性单体和0.1 2wt%偶氮二异~ ~ ~ ~ ~ 丁腈，60 100℃搅拌反应2 24h，全程氮气保护，得到柔性复合水凝胶； ~ ~ （3）将步骤（2）制备的柔性复合水凝胶涂刷在步骤（1）制备的具有峰谷结构的杂化连接层上，5 60℃固化5min 24h，浸入1 20wt%金属盐水溶液中，5 60℃静置反应10min~ ~ ~ ~ ~ 24h，得到主动防污柔性减阻层； （4）将5 30wt%聚氨酯、5 20wt%聚硅氧烷、0.1 5wt%儿茶酚化合物加入N,N‑二甲基~ ~ ~ 甲酰胺与四氢呋喃组成的混合溶剂中（二者体积比为1:9 9:1），30 60℃搅拌反应1 24h，得~ ~ ~ 到微相分离复合溶液； （5）将掩膜版放置在步骤（3）制备的主动防污柔性减阻层上，刷涂步骤（4）制备的微相分离复合溶液，再于5 60℃固化5min 24h，得到被动防污弹性减阻层。 ~ ~ [0044] 综上所述，本发明提供的制备方法通过刷涂法，在基材上先构建具有峰谷结构的杂化连接层；再涂刷柔性复合水凝胶，利用其羧基基团与金属离子之间的强配位作用，构建主动防污柔性减阻层；最后利用掩膜板的特性，选择性地构建微区被动防污弹性减阻层。本发明协同杂化连接层峰谷结构的锚定作用、具有厚度阶梯的弹性减阻表面的减阻特性、主动防污和被动防污共同减少生物污染带来的摩擦阻力增大问题，得到稳定的减阻复合材料。 [0045] 作为本发明技术方案的另一个方面，其还涉及由前述方法制备的多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料。 [0046] 请参阅图1所示，在一些优选实施方案中，所述多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料包括在基材1上逐层建造的自下而上的杂化连接层2、主动防污柔性减阻层3、被动防污弹性减阻层4。 [0047] 进一步地，所述杂化连接层包含多个具有突起状的峰谷结构。具体的，所述峰谷结构的波峰高度为10nm 100µm，波峰宽度为100nm 600µm；波谷深度为5nm 100µm，波谷宽度为~ ~ ~50nm 40µm。本发明制备的具有峰谷结构的杂化连接层可以提高主动防污柔性减阻层和被~ 动防污弹性减阻层在基材上的结合牢度，提高减阻复合材料的稳定性、延长使用寿命。 [0048] 进一步地，所述杂化连接层的厚度为1 1000µm。~ [0049] 进一步地，所述主动防污柔性减阻层的厚度为1 500µm。~ [0050] 进一步地，所述被动防污弹性减阻层包括间隔设置的多个弹性减阻单元，所述弹性减阻单元的直径为30 500µm，高度为10 500µm，相邻弹性减阻单元之间的间隔距离为1~ ~ ~1000µm。本发明利用掩膜板形成具有厚度阶梯的弹性减阻表面，厚度梯度和弹性协同适应外部的流场压力，有效抑制压力脉动，同时吸收外部流场作用于弹性减阻层上的动能，提高外部流场层流向湍流转变的雷诺数上限和边界层的稳定性，层流向湍流转捩的位置延后，摩擦阻力降低、减阻能力提高。由于掩膜版的作用，在主动防污柔性减阻层上构建被动防污弹性减阻层，所以可以形成厚度梯度。 [0051] 本发明的多层复合材料采用主动防污和被动防污共同作用，可以阻断海水中细菌、藤壶、藻类等物质在减阻材料表面形成条件膜，进而抑制生物污染，减少生物污染带来的摩擦阻力增大问题。 [0052] 进一步地，所述多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料对大肠杆菌的杀菌率为99.9%以上，24h内的减阻率为13.1% 18.3%。~ [0053] 综上所述，本发明的多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料多层优势互补、多功能耦合，最终得到高性能稳定的复合材料，可用于实现水上船舶、水下舰艇等的防污、减阻与提速。 [0054] 本发明实施例的另一个方面还提供了前述多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料的应用，具体的，该多层复合材料可用于实现水上船舶、水下舰艇等的防污、减阻与提速。 [0055] 下面通过若干实施例及附图对整个过程做一详细的说明，但是本发明的保护范围不受这些实施例的限制。同时，实施例只是给出了实现此目的的部分条件，但并不意味着必须满足这些条件才可以达到此目的。从本发明公开的内容联想到或导出的所有变形，均认为是本发明的保护范围。 [0056] 实施例1（1）将1wt%硅烷偶联剂、0.1wt%二维片层材料、0.1wt%纳米颗粒、20wt%环氧树脂和 5wt%氟碳树脂加入N,N‑二甲基甲酰胺与四氢呋喃组成的混合溶剂中（二者体积比为1:9）， 30℃搅拌反应24h，涂刷在基材表面，得到具有峰谷结构的杂化连接层；其中，所述硅烷偶联剂为氨基丙基三乙氧基硅烷，二维片层材料为还原氧化石墨烯，纳米颗粒为三氧化二铝，基材为玻璃； （2）将5wt%聚氨酯加入N,N‑二甲基甲酰胺与四氢呋喃组成的混合溶剂中（二者体积比为1:9），30℃搅拌溶解8h，加入2wt%丙烯酸和0.1wt%偶氮二异丁腈，100℃搅拌反应2h，全程氮气保护，得到柔性复合水凝胶； （3）将步骤（2）制备的复合水凝胶涂刷在步骤（1）制备的具有峰谷结构的杂化连接层上，5℃固化24h，浸入1wt%氯化铜水溶液中，5℃静置反应24h，得到主动防污柔性减阻层； （4）将5wt%聚氨酯、5wt%聚硅氧烷、0.1wt%多巴胺加入N,N‑二甲基甲酰胺与四氢呋喃组成的混合溶剂中（二者体积比为1:9），30℃搅拌反应1h，得到微相分离复合溶液； （5）将掩膜版放置在步骤（3）制备的主动防污柔性减阻层上，刷涂步骤（4）制备的微相分离复合溶液，5℃固化24h，得到被动防污弹性减阻层，即制得多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料；所述掩膜版的孔径为500µm、厚度为10µm。 [0057] 经水洞24h测试，本实施例制备的多层复合材料的减阻率为13.1%；对大肠杆菌杀菌率99.9%；海港静态浸泡3个月，硬壳污损生物覆盖面积小于3%、减阻率为11.9%。 [0058] 实施例2（1）将10wt%硅烷偶联剂、2wt%二维片层材料、5wt%纳米颗粒、5wt%环氧树脂和 20wt%氟碳树脂加入N,N‑二甲基乙酰胺与四氢呋喃组成的混合溶剂中（二者体积比为9:1）， 60℃搅拌反应1h，涂刷在基材表面，得到具有峰谷结构的杂化连接层；其中，所述硅烷偶联剂为十八烷基三甲氧基硅烷，二维片层材料为二硫化钼，纳米颗粒为硫酸钡，基材为塑料； （2）将30wt%聚氨酯加入N,N‑二甲基乙酰胺与四氢呋喃组成的混合溶剂中（二者体积比为9:1），60℃搅拌溶解1h，加入20wt%甲基丙烯酸和2wt%偶氮二异丁腈，60℃搅拌反应 24h，全程氮气保护，得到柔性复合水凝胶； （3）将步骤（2）制备的复合水凝胶涂刷在步骤（1）制备的具有峰谷结构的杂化连接层上，60℃固化5min，浸入20wt%氯化锌水溶液中，60℃静置反应10min，得到主动防污柔性减阻层； （4）将30wt%聚氨酯、20wt%聚硅氧烷、5wt%单宁酸加入N,N‑二甲基乙酰胺与四氢呋喃组成的混合溶剂中（二者体积比为9:1），60℃搅拌反应24h，得到微相分离复合溶液； （5）将掩膜版放置在步骤（3）制备的主动防污柔性减阻层上，刷涂步骤（4）制备的微相分离复合溶液，60℃固化5min，得到被动防污弹性减阻层，即制得多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料；所述掩膜版的孔径为30µm、厚度为500µm。 [0059] 经水洞24h测试，本实施例制备的多层复合材料的减阻率为17.8%；对大肠杆菌杀菌率99.9%；海港静态浸泡3个月，硬壳污损生物覆盖面积小于1%、减阻率为17.3%。 [0060] 实施例3（1）将2wt%硅烷偶联剂、1wt%二维片层材料、4wt%纳米颗粒、15wt%环氧树脂和 18wt%氟碳树脂加入N‑甲基吡咯烷酮与甲苯组成的混合溶剂中（二者体积比为4:6），60℃搅拌反应12h，涂刷在基材表面，得到具有峰谷结构的杂化连接层；其中，所述硅烷偶联剂为异氰酸丙基三乙氧基硅烷，二维片层材料为蒙脱石纳米片，纳米颗粒为二氧化硅，基材为金属板； （2）将10wt%聚氨酯加入N‑甲基吡咯烷酮与甲苯组成的混合溶剂中（二者体积比为 3:7），60℃搅拌溶解2h，加入15wt%均苯二酐二甲基丙烯酸羟乙酯和1.5wt%偶氮二异庚腈， 80℃搅拌反应14h，全程氮气保护，得到柔性复合水凝胶； （3）将步骤（2）制备的复合水凝胶涂刷在步骤（1）制备的具有峰谷结构的杂化连接层上，40℃固化0.5h，浸入3wt%硝酸银水溶液中，40℃静置反应2h，得到主动防污柔性减阻层； （4）将10wt%聚氨酯、8wt%聚硅氧烷、4wt%胡桃醌加入N‑甲基吡咯烷酮与甲苯组成的混合溶剂中（二者体积比为3:7），60℃搅拌反应24h，得到微相分离复合溶液； （5）将掩膜版放置在步骤（3）制备的主动防污柔性减阻层上，刷涂步骤（4）制备的微相分离复合溶液，40℃固化1h，得到被动防污弹性减阻层，即制得多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料；所述掩膜版的孔径为100µm、厚度为120µm。 [0061] 经水洞24h测试，本实施例制备的多层复合材料的减阻率为14.9%；对大肠杆菌杀菌率99.9%；海港静态浸泡3个月，硬壳污损生物覆盖面积小于2%、减阻率为13.5%。 [0062] 实施例4（1）将6wt%硅烷偶联剂、2wt%二维片层材料、2wt%纳米颗粒、18wt%环氧树脂和 10wt%氟碳树脂加入二甲基亚砜与氯仿组成的混合溶剂中（二者体积比为5:5），50℃搅拌反应8h，涂刷在基材表面，得到具有峰谷结构的杂化连接层；其中，所述硅烷偶联剂为氨基丙基三乙氧基硅烷，二维片层材料为二硫化钼，纳米颗粒为三氧化二铝，基材为玻璃； （2）将12wt%聚氨酯加入二甲基亚砜与氯仿组成的混合溶剂中（二者体积比为4: 6），45℃搅拌溶解3h，加入18wt%丙烯酸和1.5wt%偶氮二异丁腈，70℃搅拌反应9h，全程氮气保护，得到柔性复合水凝胶； （3）将步骤（2）制备的复合水凝胶涂刷在步骤（1）制备的具有峰谷结构的杂化连接层上，35℃固化1h，浸入15wt%氯化铜水溶液中，40℃静置反应6h，得到主动防污柔性减阻层； （4）将12wt%聚氨酯、9wt%聚硅氧烷、3wt%多巴胺加入二甲基亚砜与氯仿组成的混合溶剂中（二者体积比为5:5），45℃搅拌反应18h，得到微相分离复合溶液； （5）将掩膜版放置在步骤（3）制备的主动防污柔性减阻层上，刷涂步骤（4）制备的微相分离复合溶液，30℃固化20h，得到被动防污弹性减阻层，即制得多重防污协同柔性强化减阻特性的多层复合材料；所述掩膜版的孔径为150µm、厚度为200µm。 [0063] 经水洞24h测试，本实施例制备的多层复合材料的减阻率为18.3%；对大肠杆菌杀菌率99.9%；海港静态浸泡3个月，硬壳污损生物覆盖面积小于1%、减阻率为17.1%。 [0064] 对照例1本对照例与实施例4基本相同，区别之处在于：不构筑具有峰谷结构的杂化连接层。缺少峰谷结构的杂化连接层，主动防污柔性减阻层与基体之间的相互作用力极弱，易破损与脱落，使用寿命短。经水洞2h测试，主动防污柔性减阻层和被动防污弹性减阻层已完全脱落，材料失效。 [0065] 对照例2本对照例与实施例4基本相同，区别之处在于：步骤（1）中二维片层材料和纳米颗粒的浓度均由2wt%降至0 wt%，所制备的杂化连接层不具有峰谷结构。光滑杂化连接层的锚定作用显著低于峰谷结构的杂化连接层，主动防污柔性减阻层与基体之间的相互作用力较弱，使用寿命比较短。经水洞4h测试，主动防污柔性减阻层和被动防污弹性减阻层已完全脱落，材料失效。 [0066] 对照例3本对照例与实施例4基本相同，区别之处在于：不构筑主动防污柔性减阻层。移除掩膜版后，被动防污弹性减阻层只能覆盖部分具有峰谷结构的杂化连接层，裸露的具有峰谷结构的杂化连接层存在大量的气囊，伴随着气囊的消失减阻能力消失。经水洞10min测试，多层复合材料的减阻率为8%；24h测试，复合涂层的减阻率为‑13%即增阻13%；对大肠杆菌杀菌率20%；海港静态浸泡3个月，硬壳污损生物覆盖面积大于30%、减阻率降为‑46%即增阻46%。 [0067] 对照例4本对照例与实施例4基本相同，区别之处在于：步骤（3）中氯化铜水溶液浓度油 15wt%降至0wt%，所制备的主动防污柔性减阻层不具有主动防污特性。经水洞24h测试，多层复合材料的减阻率为10.2%；对大肠杆菌杀菌率2%；海港静态浸泡3个月，硬壳污损生物覆盖面积大于15%、减阻率降为‑8.7%即增阻8.7%。 [0068] 对照例5本对照例与实施例4基本相同，区别之处在于：不构筑被动防污弹性减阻层。经水洞24h测试，多层复合材料的减阻率为9.4%；对大肠杆菌杀菌率98%；海港静态浸泡3个月，硬壳污损生物覆盖面积大于20%、减阻率降为‑22%即增阻22%。 [0069] 对照例6本对照例与实施例4基本相同，区别之处在于：未采用掩膜版，而是将步骤（4）制备的微相分离复合溶液直接刷涂在主动防污柔性减阻层上。主动防污柔性减阻层因完全被遮盖而失效，不具有主动防污特性。 [0071] 应当理解，以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。 |
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