CN109880273A - 制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及防治海洋生物污损的方法，具体的说是一种制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的方法。对硫辛酸(TA)加热进行开环聚合反应得线型聚硫辛酸；然后依次加入1,3‑二异丙烯基苯(DIB)与金属氯化物，进行交联反应得交联聚合物；而后再向交联聚合物中加入正构烷烃，冷却至室温得到仿生超滑表面。本发明仿生超滑表面通过基底中氢键、金属‑配体配位作用以及二硫键三者的共同作用实现室温下基底材料的自修复，并且冷却析出的正构烷烃使得界面具有超滑能力。因此该超滑表面具有抑制细菌表面附着的潜能，且基底材料的自修复性能使得该仿生超滑表面防治生物污损的服役时间得到有效延长。
Description
技术领域
本发明涉及防治海洋生物污损的方法，具体的说是一种制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的方法。
背景技术
海洋生物污损在海下设备表面的附着会对船舶、海上石油平台等海下设备造成严重的污染，缩短其服役期限；同时也会增加船舶等移动设备的航行阻力，进而导致燃料消耗的增加，使得环境污染加剧。因此，海洋生物污损会阻碍社会发展，有效防治海洋生物污损则成为社会必须重视和解决的问题。
防治海洋生物污损主要有两种思路，一是降解或者杀死生物污损物质，二是防止生物污损物质在海下设备表面的附着。利用杀生剂等物质降解或者杀死生物污损物质时，往往对环境造成不良影响。最近，防止生物污损在海下设备表面的附着成为了一类更受欢迎的防治生物污损的方法。其中基于猪笼草结构制备得到的仿生超滑表面受到越来越多研究者的关注。该仿生超滑表面通过在多孔基质中注入润滑油而得到连续、稳定和均一的润滑油层，使其能够有效抑制细菌在表面的附着，进而成为了一种有效防治生物污损的方法。
因传统仿生超滑表面的润滑油层或基底受到严重破坏时，其润滑油层或基底不能进行自修复而使得该表面防治生物污损的能力大大减弱。因此，制备具有自修复能力的仿生超滑表面成为解决这一问题的关键。目前一些研究者已经制备得到具有自修复润滑油膜或自修复基底的仿生超滑表面，但因其具有制备方法复杂或基底需要外界刺激才能实现自修复等缺点，阻碍了它们的实际应用。因此，一种制备方法简单且室温下具有基底自修复性能的仿生超滑表面则具有实际应用的潜能。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的方法，对硫辛酸(TA)加热进行开环聚合反应得线型聚硫辛酸；然后依次加入1,3-二异丙烯基苯(DIB)与金属氯化物，进行交联反应得交联聚合物；而后再向交联聚合物中加入正构烷烃，冷却至室温得到仿生超滑表面。
具体的说：
1)硫辛酸的开环聚合反应：将TA在70-100℃的油浴中加热30-90min，直至硫辛酸变成透明的低粘度液体；
2)交联聚合物的制备：在70-100℃的加热温度，900-1200rpm的搅拌速度条件下，向上述获得透明的低粘度液体中加入DIB，反应10-30min，然后在1300-1500rpm的搅拌速度下加入金属氯化物，继续反应10-30min，获得交联聚合物，其中DIB与TA的质量比为1:5-3:10，金属氯化物中金属离子与TA的摩尔质量比为1:800-1:600；
3)仿生超滑表面的制备：在70-100℃的加热温度，搅拌速度为1600-2000rpm的搅拌速度条件下，向上述交联聚合物中加入正构烷烃，搅拌10-30min，将混合物倒入相应模具，冷却至室温，即得仿生超滑表面，其中正构烷烃与DIB的体积比为1.5:1-2:1。
所述金属氯化物为能够与羧基进行金属-配体配位作用的氯化物。
所述金属氯化物为FeCl3、CuCl2或ZnCl2；所述正构烷烃为十二烷、十四烷或十六烷。
制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面，按所述的方法制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面。
制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的应用，所述仿生超滑表面在防治海洋生物污损领域中的应用。
本发明所具有的优点：
本发明仿生超滑表面是通过在硫辛酸、1,3-二异丙烯基苯和金属氯化物反应制得的交联聚合物中加入正构烷烃而制得。所得仿生超滑表面的基底材料其是通过交联聚合物中氢键、金属-配体配位作用和二硫键三者的共同作用实现自修复，从而使该仿生超滑表面具有更长久的防治海洋生物污损的能力。
本发明仿生超滑表面通过基底中氢键、金属-配体配位作用以及二硫键三者的共同作用实现室温下基底材料的自修复，并且冷却析出的正构烷烃使得界面具有超滑能力。因此该超滑表面具有抑制细菌表面附着的潜能，且基底材料的自修复性能使得该仿生超滑表面防治生物污损的服役时间得到有效延长。
本发明制备方法简单易行，原料易得，不需要昂贵的设备，节约能耗，具有实际应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例制备得到的仿生超滑表面示意图。
图2为本发明实施例制备得到的仿生超滑表面被切开后的示意图。
图3为本发明实施例制备得到的仿生超滑表面被切开后，在无外力的挤压下使两段超滑表面接触在一起的示意图。
图4为本发明实施例制备得到的仿生超滑表面自修复后可以承受外力(重物质量＝70g)的示意图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施方式做进一步说明，应当指出的是，此处所描述的具体实施方式只是为了说明和解释本发明，并不局限于本发明。
本发明首先通过硫辛酸(TA)在加热条件下发生开环聚合反应，然后依次加入1,3-二异丙烯基苯(DIB)与金属氯化物，通过交联反应得到稳定的交联聚合物；最后向交联聚合物中加入正构烷烃，冷却至室温得到仿生超滑表面。
仿生超滑表面在室温下可以实现基底材料的自修复，其是通过交联聚合物结构中的氢键、金属-配体配位作用以及二硫键三者的共同作用实现室温下基底材料的自修复，通过析出的正构烷烃使表面具有超滑能力，因此该仿生超滑表面具有更长久的防治海洋生物污损的能力，使得该仿生超滑表面具有实际应用的潜能。
实施例1
1)硫辛酸的开环聚合反应：将4.0127g TA加入玻璃小瓶中，在90℃的油浴下加热50min，直至硫辛酸变成透明的低粘度液体。
2)交联聚合物的制备：在温度为90℃，搅拌速度为900rpm下，向上述获得透明的低粘度液体中加入868μL DIB，反应15min，然后在搅拌速度为1300rpm下再加入2.431×10- 5mol氯化铁，继续反应15min，获得交联聚合物。
3)仿生超滑表面的制备：在温度为90℃，搅拌速度为1600rpm下，向上述获得交联聚合物中加入1500μL十二烷，继续搅拌混合30min，将混合物倒入模具中，冷却至室温，即得仿生超滑表面。
将上述获得仿生超滑表面置于室温下放置(参见图1)，由图1中可见按照上述方式制备获得的仿生超滑表面于室温下变成一定形状的固态超滑表面；静置后将上述获得仿生超滑表面经小刀切割，形成两段(参见图2)，由图2中可见固态超滑表面已被完全切割成未连接的两段；切割后将两段对接放置，于室温下进行自修复(参见图3)，即可见在无外力挤压的情况下两段超滑表面放在一起，在室温下自修复12h后，将修复后的超滑表面进行承重实验(参见图4)，可见室温下经过自修复后的超滑表面可以承受质量为70g的重物而不生断裂，这说明该仿生超滑表面的基底在氢键、金属-配体配位作用和二硫键三者之间的共同作用下可以实现自修复。
由上述实施例证实基于交联聚合物中氢键、金属-配体配位作用和二硫键三者之间的共同作用，使得修复后的超滑表面可以承受一定质量的重物，表明该仿生超滑表面在室温下具有自修复能力，因此该仿生超滑表面有望应用到实际防污领域。
Claims (6)
1.一种制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的方法，其特征在于：对硫辛酸(TA)加热进行开环聚合反应得线型聚硫辛酸；然后依次加入1,3-二异丙烯基苯(DIB)与金属氯化物，进行交联反应得交联聚合物；而后再向交联聚合物中加入正构烷烃，冷却至室温得到仿生超滑表面。
2.按权利要求1所述的制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的方法，其特征在于：
1)硫辛酸的开环聚合反应：将TA在70-100℃的油浴中加热30-90min，直至硫辛酸变成透明的低粘度液体；
2)交联聚合物的制备：在70-100℃的加热温度，900-1200rpm的搅拌速度条件下，向上述获得透明的低粘度液体中加入DIB，反应10-30min，然后在1300-1500rpm的搅拌速度下加入金属氯化物，继续反应10-30min，获得交联聚合物，其中DIB与TA的质量比为1:5-3:10，金属氯化物中金属离子与TA的摩尔质量比为1:800-1:600；
3)仿生超滑表面的制备：在70-100℃的加热温度，搅拌速度为1600-2000rpm的搅拌速度条件下，向上述交联聚合物中加入正构烷烃，搅拌10-30min，将混合物倒入相应模具，冷却至室温，即得仿生超滑表面，其中正构烷烃与DIB的体积比为1.5:1-2:1。
3.按权利要求1或2所述的制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的方法，其特征在于：所述金属氯化物为能够与羧基进行金属-配体配位作用的氯化物。
4.按权利要求3所述的制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的方法，其特征在于：所述金属氯化物为FeCl3、CuCl2或ZnCl2；所述正构烷烃为十二烷、十四烷或十六烷。
5.一种按权利要求1所述方法制备获得室温下具有自修复性能的仿生超滑表面，其特征在于：按权利要求1所述的方法制备室温下具有自修复性能的仿生超滑表面。
6.一种权利要求5所述的室温下具有自修复性能的仿生超滑表面的应用，其特征在于：所述仿生超滑表面在防治海洋生物污损领域中的应用。
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