CN113956662B - 一种多孔道联动驱离机制的仿生防污表面 - Google Patents

一种多孔道联动驱离机制的仿生防污表面 Download PDF

Info

Publication number
CN113956662B
CN113956662B CN202111126576.9A CN202111126576A CN113956662B CN 113956662 B CN113956662 B CN 113956662B CN 202111126576 A CN202111126576 A CN 202111126576A CN 113956662 B CN113956662 B CN 113956662B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tentacle
channel
sodium chloride
silicon rubber
pore
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111126576.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113956662A (zh
Inventor
田丽梅
王建福
靳会超
窦海旭
邴薇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Publication of CN113956662A publication Critical patent/CN113956662A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113956662B publication Critical patent/CN113956662B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/26—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof by elimination of a solid phase from a macromolecular composition or article, e.g. leaching out
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2201/00—Foams characterised by the foaming process
    • C08J2201/04—Foams characterised by the foaming process characterised by the elimination of a liquid or solid component, e.g. precipitation, leaching out, evaporation
    • C08J2201/044—Elimination of an inorganic solid phase
    • C08J2201/0444—Salts
    • C08J2201/0446—Elimination of NaCl only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2375/00—Characterised by the use of polyureas or polyurethanes; Derivatives of such polymers
    • C08J2375/04—Polyurethanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2383/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Derivatives of such polymers
    • C08J2383/04—Polysiloxanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2483/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Derivatives of such polymers
    • C08J2483/04—Polysiloxanes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多孔道联动驱离机制的仿生防污表面，属于仿生材料技术领域，受软珊瑚的启发，本发明表面的结构包括：触手部分和多孔道基底部分两个部分，其中，触手部分是由低弹性模量材料制成的条状物，触手底部插入在多孔道基底中，所述多孔道基底中包含有若干孔道，所述的孔道与多孔道基底上表面相通；触手在流体作用下摆动，并对基底部分产生挤压和拉伸，使多孔道基底中的孔道结构有规律地压缩和舒张，模仿出了珊瑚触手‑孔道结构的联动效应，实现防污的效果。

Description

一种多孔道联动驱离机制的仿生防污表面
技术领域
本发明属于仿生材料技术领域。
背景技术
细菌、藻类、贝类等微生物、植物和动物黏附在水下固壁表面的现象称为生物污损。生物污损对海运交通、海防、港口、钻井平台及渔业等海事工程带来极大危害。生物污损不仅会增加船舶阻力，降低船舶航速，加大燃油消耗，还会加速船舶、管道输送壳体腐蚀，降低使用寿命。污损生物分泌出腐蚀性物质破坏船壳的漆膜，加速腐蚀破坏里层钢板，从而增加舰、船维护保养难度，降低使用寿命。而治理海洋生物污损，维护水下设备又增加了维修次数、提高了维修成本，带来了更多的经济损失。
研究发现，生活中海洋中的软珊瑚具有很好的防污性能，这与珊瑚的多孔结构以及表面的触手有关：珊瑚触手在水流作用下摆动的同时，会与其表面的孔道产生牵拉与压缩的联动，孔道内流体在这种联动作用下流动，在珊瑚表面形成不稳定表面，阻碍微生物的粘附。
受珊瑚的启发，本发明提出了一种多孔道联动驱离机制的仿生防污表面，以解决现有技术在生物污损防治方面所存在的问题。
发明内容
本发明所提出的一种多孔道联动驱离机制的仿生防污表面的结构包括：触手部分和多孔道基底部分两个部分，
其中，触手部分是由低弹性模量材料制成的条状物，触手底部插入在多孔道基底中，所述多孔道基底中包含有若干孔道，所述的孔道与多孔道基底上表面相通；触手在流体作用下摆动，并对基底部分产生挤压和拉伸，使多孔道基底中的孔道结构有规律地压缩和舒张，形成触手-孔道结构的联动效应。
在这种联动效应下，形成“吸入-喷射”动态扰动表面，不给微生物黏附提供稳定的表面，达到“驱离”微生物的目的，从而抑制微生物膜的形成。
该防污表面触手与基底材料也可以采用如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯(PTU)等低弹性模量预聚物；
该表面还可以通过注入抑菌物质，由多孔基底存储抑菌物质，在触手-孔道结构的联动效应下抑菌物质持续析出，达到抑菌防污的作用。
触手部分采用模板法制备得到，具体步骤如下：
(1)称取100g硅橡胶，加入1g固化剂并搅拌均匀；
(2)将经过充分搅拌后的硅橡胶置于真空干燥箱中，抽真空保持负压3MPa的状态，直到硅橡胶中气泡消失；
(3)将硅橡胶倒入模具，再次置于真空干燥箱中，在60℃环境中加热24h，保证硅橡胶充分交联固化；
(4)开模获得仿珊瑚硅橡胶触手，在本次制备中，触手直径2mm，高度15mm。
多孔道基底部分采用牺牲模板法制备得到，具体的制备步骤如下：
(1)称取20g硅橡胶，加入0.2g固化剂与10g乙酸乙酯，并搅拌均匀，获得硅橡胶稀释液；
(2)向硅橡胶稀释液中加入55g氯化钠并搅拌均匀，获得硅橡胶-氯化钠混合液；
(3)将硅橡胶-氯化钠混合液置于真空干燥箱中，抽真空保持负压3MPa的状态，直到硅橡胶中气泡消失；
(4)将仿珊瑚硅橡胶触手置于方形模具中，浇入除气泡后的硅橡胶-氯化钠混合液，使混合液平铺于触手底部，厚度约触手高度的一半；再次置于真空干燥箱中，在60℃环境中加热24h，保证乙酸乙酯挥发以及硅橡胶充分交联固化；
(5)开模后获得含有氯化钠的仿生防污膜，将其在60℃条件下水浴加热24h以溶解氯化钠颗粒；为增加溶解效率，每间隔2h左右换一次水，加速氯化钠溶解；
(6)完成上述步骤后，将仿生防污膜放入60℃烘箱中烘干，获得仿生防污膜。
本发明可采用水溶性聚乙烯醇纤维等易溶解材料替代氯化钠作为牺牲模板。
本发明可以通过改变氯化钠(牺牲模板)粒径大小以及氯化钠(牺牲模板)与硅橡胶(基底材料)配比，得到不同孔径、不同孔道密度以及不同孔道形态的样件，此外，触手高度和基底厚度可依需求调整。
本发明的有益效果：
本发明所提供的表面结构能够模仿海洋中的软珊瑚，具有触手-孔道结构的联动效应：在流体作用下，触手结构会随之摆动，并对基底部分产生挤压和拉伸，使孔道结构有规律地压缩和舒张。在这种联动效应下，形成“吸入-喷射”动态扰动表面，不给微生物黏附提供稳定的表面，达到“驱离”微生物的目的，从而抑制微生物膜的形成。
该表面还可以通过注入抑菌物质，由多孔基底存储抑菌物质，在触手-孔道结构的联动效应下抑菌物质持续析出，达到抑菌防污的作用。
附图说明
图1为仿生防污表面触手-孔道联动效应示意图。图中：1.孔道2.触手3.流体4.不稳定表面5.微生物
图2为触手部分模具。
图3为多孔道仿生防污表面样件切面图。
图4和图5为触手摆动状态下多孔道仿生防污表面样件切面图。
具体实施方式
下面以具体实施方式对本发明技术方案做进一步解释和说明。
如图1所示，本实施例中一种多孔道联动驱离机制的仿生防污表面的结构包括：触手部分和多孔道基底部分两个部分，
其中，触手部分是由低弹性模量材料制成的条状物，触手底部插入在多孔道基底中，所述多孔道基底中包含有若干孔道，所述的孔道与多孔道基底上表面相通；触手在流体作用下摆动，并对基底部分产生挤压和拉伸，使多孔道基底中的孔道结构有规律地压缩和舒张，形成触手-孔道结构的联动效应(如图3～图5所示)。
在这种联动效应下，形成“吸入-喷射”动态扰动表面，不给微生物黏附提供稳定的表面，达到“驱离”微生物的目的，从而抑制微生物膜的形成。
该防污表面触手与基底材料也可以采用如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯(PTU)等低弹性模量预聚物；
该表面还可以通过注入抑菌物质，由多孔基底存储抑菌物质，在触手-孔道结构的联动效应下抑菌物质持续析出，达到抑菌防污的作用。
触手部分采用模板法制备得到，具体步骤如下：
(1)称取100g硅橡胶，加入1g固化剂并搅拌均匀；
(2)将经过充分搅拌后的硅橡胶置于真空干燥箱中，抽真空保持负压3MPa的状态，直到硅橡胶中气泡消失；
(3)将硅橡胶倒入模具，再次置于真空干燥箱中，在60℃环境中加热24h，保证硅橡胶充分交联固化；
(4)开模获得仿珊瑚硅橡胶触手(模具如图2所示)，在本次制备中，触手直径2mm，高度15mm。
多孔道基底部分采用牺牲模板法制备得到，具体的制备步骤如下：
(1)称取20g硅橡胶，加入0.2g固化剂与10g乙酸乙酯，并搅拌均匀，获得硅橡胶稀释液；
(2)向硅橡胶稀释液中加入55g氯化钠并搅拌均匀，获得硅橡胶-氯化钠混合液；
(3)将硅橡胶-氯化钠混合液置于真空干燥箱中，抽真空保持负压3MPa的状态，直到硅橡胶中气泡消失；
(4)将仿珊瑚硅橡胶触手置于方形模具中，浇入除气泡后的硅橡胶-氯化钠混合液，使混合液平铺于触手底部，厚度约触手高度的一半；再次置于真空干燥箱中，在60℃环境中加热24h，保证乙酸乙酯挥发以及硅橡胶充分交联固化；
(5)开模后获得含有氯化钠的仿生防污膜，将其在60℃条件下水浴加热24h以溶解氯化钠颗粒；为增加溶解效率，每间隔2h左右换一次水，加速氯化钠溶解；
(6)完成上述步骤后，将仿生防污膜放入60℃烘箱中烘干，获得仿生防污膜。
本发明可采用水溶性聚乙烯醇纤维等易溶解材料替代氯化钠作为牺牲模板。
本发明可以通过改变氯化钠(牺牲模板)粒径大小以及氯化钠(牺牲模板)与硅橡胶(基底材料)配比，得到不同孔径、不同孔道密度以及不同孔道形态的样件，此外，触手高度和基底厚度可依需求调整。
通过实验发现，氯化钠与硅橡胶配比在5：2到7：2最合适，氯化钠含量与形成孔道密度成正比。过少的氯化钠将导致氯化钠被硅橡胶包裹，难以完全融出；过多的氯化钠会使样品内部严重空洞，在脱模时极易碎裂。基底厚度一般保持在触手高度的1/3到2/3，过薄的基底会使触手-孔道结构的联动效应减弱；过厚的基底将缩短触手伸出部分，不利于触手的摆动。

Claims (9)

1.一种多孔道联动驱离机制的仿生防污表面，其特征在于，该表面的结构包括：触手部分和多孔道基底部分两个部分，
其中，触手部分是由低弹性模量材料制成的条状物，触手底部插入在多孔道基底中，所述多孔道基底中包含有若干孔道，所述的孔道与多孔道基底上表面相通；触手在流体作用下摆动，并对基底部分产生挤压和拉伸，使多孔道基底中的孔道结构有规律地压缩和舒张，形成触手-孔道结构的联动效应；该表面通过注入抑菌物质，由多孔道基底存储抑菌物质。
2.根据权利要求1所述的多孔道联动驱离机制的仿生防污表面，其特征在于，触手部分采用模板法制备得到，具体步骤如下：
（1）称取100g硅橡胶，加入1g固化剂并搅拌均匀；
（2）将经过充分搅拌后的硅橡胶置于真空干燥箱中，抽真空保持负压3MPa的状态，直到硅橡胶中气泡消失；
（3）将硅橡胶倒入模具，再次置于真空干燥箱中，在60℃环境中加热24h，保证硅橡胶充分交联固化。
3.根据权利要求1或2所述的多孔道联动驱离机制的仿生防污表面，其特征在于，触手直径2mm，高度15mm。
4.根据权利要求1所述的多孔道联动驱离机制的仿生防污表面，其特征在于，多孔道基底部分采用牺牲模板法制备得到，具体的制备步骤如下：
（1）称取20g硅橡胶，加入0.2g固化剂与10g乙酸乙酯，并搅拌均匀，获得硅橡胶稀释液；
（2）向硅橡胶稀释液中加入55g氯化钠并搅拌均匀，获得硅橡胶-氯化钠混合液；
（3）将硅橡胶-氯化钠混合液置于真空干燥箱中，抽真空保持负压3MPa的状态，直到硅橡胶中气泡消失；
（4）将仿珊瑚硅橡胶触手置于方形模具中，浇入除气泡后的硅橡胶-氯化钠混合液，使混合液平铺于触手底部，厚度为触手高度的一半；再次置于真空干燥箱中，在60℃环境中加热24h，保证乙酸乙酯挥发以及硅橡胶充分交联固化；
（5）开模后获得含有氯化钠的多孔道基底，将其在60℃条件下水浴加热24 h以溶解氯化钠颗粒；为增加溶解效率，每间隔2 h换一次水，加速氯化钠溶解；
（6）完成上述步骤后，将多孔道基底放入60℃烘箱中烘干，获得仿生防污表面的多孔道基底部分。
5.根据权利要求1所述的多孔道联动驱离机制的仿生防污表面，其特征在于，触手与基底材料采用聚二甲基硅氧烷或聚氨酯。
6.根据权利要求4所述的多孔道联动驱离机制的仿生防污表面，其特征在于，采用易溶解材料替代氯化钠作为牺牲模板。
7.根据权利要求6所述的多孔道联动驱离机制的仿生防污表面，其特征在于，易溶解材料为水溶性聚乙烯醇纤维。
8.根据权利要求4所述的多孔道联动驱离机制的仿生防污表面，其特征在于，通过改变氯化钠粒径大小以及氯化钠与硅橡胶配比，得到不同孔径、不同孔道密度以及不同孔道形态的样件；氯化钠与硅橡胶质量配比在5：2到7：2之间。
9.根据权利要求1所述的多孔道联动驱离机制的仿生防污表面，其特征在于，基底厚度在触手高度的1/3到2/3之间。
CN202111126576.9A 2021-05-31 2021-09-26 一种多孔道联动驱离机制的仿生防污表面 Active CN113956662B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2021106035150 2021-05-31
CN202110603515 2021-05-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113956662A CN113956662A (zh) 2022-01-21
CN113956662B true CN113956662B (zh) 2023-02-17

Family

ID=79462252

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111126576.9A Active CN113956662B (zh) 2021-05-31 2021-09-26 一种多孔道联动驱离机制的仿生防污表面

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113956662B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114801005A (zh) * 2022-04-22 2022-07-29 长春工业大学 一种具有气泡吸附功能的室温硫化硅橡胶石墨烯仿生防污复合材料
CN116144254B (zh) * 2022-11-28 2023-11-24 吉林大学 一种用于增强低表面能树脂附着力的仿生梯度材料

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103601911A (zh) * 2013-11-22 2014-02-26 中国工程物理研究院化工材料研究所 硅橡胶微孔材料及其制备方法
CN106928729A (zh) * 2017-03-27 2017-07-07 广西科技大学 一种纳米银抗菌再生丝素蛋白材料及其制备方法
CN112898626A (zh) * 2021-01-24 2021-06-04 吉林大学 一种仿生海洋防污皮肤及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7887785B2 (en) * 2004-05-10 2011-02-15 Momentive Performance Materials Inc. Personal care compositions with enhanced properties, method of manufacture, and method of use thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103601911A (zh) * 2013-11-22 2014-02-26 中国工程物理研究院化工材料研究所 硅橡胶微孔材料及其制备方法
CN106928729A (zh) * 2017-03-27 2017-07-07 广西科技大学 一种纳米银抗菌再生丝素蛋白材料及其制备方法
CN112898626A (zh) * 2021-01-24 2021-06-04 吉林大学 一种仿生海洋防污皮肤及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113956662A (zh) 2022-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113956662B (zh) 一种多孔道联动驱离机制的仿生防污表面
CN112898626B (zh) 一种仿生海洋防污皮肤及其制备方法
CN107063810A (zh) 利用环氧树脂保存海洋生物标本的新型方法
CN105994036B (zh) 一种给贝类生长提供饵料生物的浅海养殖方法
CN109116006B (zh) 一种基于水射流的防污试验装置及试验方法
CN102293168A (zh) 单浮管可潜浮式集约化海珍品养殖装置
US11154055B2 (en) Micro structure and antifouling active substance synergistic antifouling material and preparation method thereof
KR20170071340A (ko) 부력변동형 가두리 양식장치
CN109928682B (zh) 一种疏水亲油可降解油污的海洋混凝土的制备方法
KR102136249B1 (ko) 친환경 생태블록 형성방법
CN111849256A (zh) 一种缓释微胶囊防污材料的制备方法
CN203942941U (zh) 一种沉性卵鱼类受精卵孵化及鱼苗培育箱
CN217437921U (zh) 一种水体中藻类原位气浮清除系统
CN114801005A (zh) 一种具有气泡吸附功能的室温硫化硅橡胶石墨烯仿生防污复合材料
JPS62204898A (ja) 曝気装置
CN209403312U (zh) 用于双壳贝类苗种中间培育的封闭充气式上升流培育装置
CN207608350U (zh) 一种用于水质净化的蓝藻气浮船
GB742347A (en) Method and means for aerating the water of lakes and watercourses
CN206603069U (zh) 一种清理海参围堰养殖底质中粪便的设备
CN114455756B (zh) 能够气体回收与利用的压力型气提式深井增压控藻设备
CN216771257U (zh) 一种微生物矿化技术加固钙质砂的试验模具
CN205596898U (zh) 鲍鱼供氧装置
CN117885253A (zh) 一种橡胶模板的制备方法、生态海工混凝土及其制备方法
AU2018220073A1 (en) Dense material composite
CN103816667B (zh) 一种航模阻水系统中使用的阻水方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant