[發明專利]橡膠材料在防止生物污損中的應用

在審

• 申請號: 201710816946.9
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107474547A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 田麗梅;金娥;靳會超;商延賡;董世運;李浩智
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C08L83/04
• 分類號: C08L83/04;C08K3/04;C08K5/1545;C08K5/544;C09D183/04;C09D5/16;C09D5/14;C09D7/12
• 代理公司: 吉林省長春市新時代專利商標代理有限公司22204
• 代理人: 石連志

技術領域

本發明涉及一種船舶防止生物污損技術領域，特別涉及橡膠材料在防止生物污損中的應用。

背景技術

海洋中的動物、植物和微生物等附著在任何浸入海水中的表面的現象稱為生物污損。海洋中的船舶，各種設備都深受海洋生物污損的影響，這種影響可以使設備的壽命大大減少。對于船舶來說，這些附著增大了船體的自重和摩擦阻力，使航行速度降低，嚴重影響船舶的機動性，同時還使油耗增加。在一些極端情況下，這些生物附著甚至威脅著海洋中設備的安全，防止海洋生物污損是必須要解決的一個重要問題。

一般來說，海洋生物污損分三個階段。首先，多糖、蛋白質、蛋白質水解物等有機分子及無機物在船體表面聚積，這個過程形成的膜稱為條件膜。然后，細菌，單細胞硅藻就會迅速附著在條件膜表面，與原生動物一起形成微生物膜。在微生物膜內，附著生物分泌的多糖、蛋白質等物質，這種表面會引起藻類，甲殼類幼蟲，海洋菌類等的附著，最后是大型污損生物的附著。由上述三個過程可以看出，生物污損是有漸進性的，前一個階段的污損影響著后面的其它階段。對于生物污損的第一個階段，一般認為條件膜是無法避免的，人為不可以控制。目前的防污方法都聚焦在污損的第二個階段和第三個階段，即對微生物膜和大型污損生物進行人為干預，現有的防污技術通常的做法是改變材料表面結構，選用低表面能的材料，或者添加一些對污損生物有毒的物質，從而減少海洋生物對設備的附著。

當溶液在一定的pH值溶液中，氨基酸所帶正電荷和負電荷相等時的pH值，稱為該氨基酸的等電點，pH大于等電點時，氨基酸帶負電，pH小于等電點時，氨基酸帶正電。由氨基酸組成的蛋白質也是兩性物質，也有等電點，由于海水的pH一般在7.5-8.4之間，pH高于蛋白質的等電點，這種情況下蛋白質帶負電荷。細菌體50％為蛋白質，蛋白質由20種氨基酸按一定的排列順序由肽鍵連接而成。不同的細菌有不同的等電點，VIRGINIA P.HARDEN對革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌進行過等電點研究，認為大多數細菌等電點的pH值為2～5，當pH值大于等電點時，細菌帶負電。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，而提供一種橡膠材料在防止生物污損中的應用。

本發明是將橡膠材料貼覆在物體與水接觸的表面，橡膠材料具有防止生物污損的作用。例如，船舶與水接觸的表面，水管內壁表面。

所述的橡膠材料為純硅橡膠；或是硅橡膠摻雜0.36wt％石墨烯和1wt％有機硅季銨鹽；或是硅橡膠摻雜0.36wt％石墨烯；或是硅橡膠摻雜0.36wt％石墨烯和1wt％香豆素。

表面電荷理論認為材料的防污機制可以從表面電荷來解釋，由于蛋白質和細菌在海水中帶負電，這些物質在材料表面的吸附過程仍遵循“同性電荷排斥，異性電荷吸引”的原則。采用帶負電荷的材料可以有效的對生物污損的第一階段和第二階段加以抑制，由于蛋白質帶負電，當蛋白質或者其水解物靠近材料表面時，在靜電力的作用下，蛋白質會被材料表面所排斥，從而影響了條件膜的形成。細菌也帶負電，當細菌靠近材料表面時，和蛋白質一樣受材料表面靜電力排斥，這樣就影響了微生物膜的形成。

橡膠材料帶有負電荷，能排斥水中生物的附著。

Zeta電位

當固體與液體接觸時，固-液兩相界面上就會帶有相反符號的電荷，液體中的反號離子在兩相界面呈擴散狀態分布而形成擴散雙電層。

Stern模型：擴散雙電層可分為兩層：一層為緊靠粒子表面的緊密層(亦稱Stern層或吸附層)，另一層為擴散層。在擴散層內，有一個抽象邊界，在邊界內的離子和粒子形成穩定實體。當粒子運動時(如由于重力)，在此邊界內的離子隨著粒子運動，但此邊界外的離子不隨著粒子運動。這個邊界稱為流體力學剪切層或滑動面(slippingplane)。在這個邊界上存在的電位即稱為Zeta電位。

測量Zeta電位的方法主要有電泳法，電滲法，流動電勢法，超聲波法等。

電泳法：是指帶電荷的樣品，在電場的作用下，向其對應的電極方向按各自的速度進行泳動，從而產生電位差。

流動電勢法：當電解質溶液在一個帶電荷的絕緣表面流動時，表面的雙電層的自由帶電荷粒子將沿著溶液流動方向運動。這些帶電荷粒子的運動導致下游積累電荷，在上下游之間產生電位差，即流動電位。與此相應，帶電荷粒子的運動產生的電流叫流動電流。以此來測量zeta電位。

材料表面電荷分析

Zeta電位近似于材料表面電位，所以可以表征材料表面的電荷性質。合成的四種材料，其組份如下: