中文摘要：

本项目通过对不同形态尺度的无机粉体（纳米氧化物、碳纳米管和纤维等）表面的低表面能改性处理，以改性粉体为纳米填充物降低涂层的表面自由能并改善其力学性能，以含氟聚合物、有机硅和聚氨酯树脂为成膜物质，采用原位聚合和物理共混的工艺合成纳米粉体增强聚合物基涂料，以喷涂和刷涂的方式制备具有微纳米粗糙度和特征织构表面的舰船低表面能防污涂层。利用原子力显微镜、扫描电镜、红外光谱、图像处理等系统地研究涂层的表面化学结构、表面形貌特征参数（粗糙度、分形结构和织构参数等）、表面物理特性（疏水性、疏油性、接触角、表面自由能、摩擦系数、弹性模量等）等；研究涂层表面的海生物附着行为与机制；在光滑表面和同等微纳米粗糙度表面状态下，对比研究纳米填充物和成膜物质对涂层各种特性的影响规律；提出表征涂层防污减阻特性的特征参数，并构建特征参数与涂层表面特性以及海生物附着量的关系模型，为研发新型无毒船舶防污减阻涂层提供科学基础。

结论摘要：

近年来随着各国对环境保护的日益重视，有机锡防污涂料被全球禁用，无毒低表面能防污涂层由于其环保节能效果显著，因此倍受国内外的广泛关注。研究了碳纳米管的低表面能改性处理工艺，控制改性碳纳米管和未改性碳纳米管、电气石粉体和硫酸钙晶须的添加量，以含氟聚合物、有机硅和聚氨酯树脂为成膜物质，制备了微纳米粉体/聚合物复合涂层；设计合成了不同有机硅含量以及不同软段和硬段结构的改性聚氨酯，采用原位聚合和物理共混的工艺合成了纳米粉体增强聚氨酯，制备了微纳米粉体/聚氨酯防污涂层；设计制备了系列微纳米粉体增强的有机硅低表面能防污涂层。研究了各种涂层的表面化学结构、表面粗糙度、接触角、表面自由能、弹性模量等，涂层表面的海生物附着行为与机制，纳米填充物和成膜物质对涂层各种特性的影响；构建了涂层表面特性与海生物附着量的关系模型，为进一步研发新型无毒船舶防污减阻涂层奠定了科学基础。主要成果有采用含氟丙烯酸酯改性处理碳纳米管，易于获得表面低能的聚合物复合涂层。在一定碳纳米管添加量时，改性碳纳米管/氟碳复合涂层易于获得特定微纳米粗糙结构的表面形貌，海洋细菌附着量和附着力均减小，附着生物易于被清除。随着有机硅含量的增大，有机硅改性聚氨酯的疏水性增大、表面能降低和防污性能提高。聚氨酯涂层的防污性能与其微相分离结构的程度和尺寸有关，硬段含量40%时，PPG-TDI-BDO涂层的微相分离程度最大，具有最佳的防污效果。粉体改性的聚氨酯涂层的由于粉体的存在致使微相分离的尺寸明显增大。制备了碳纳米管改性的聚氨酯防污涂层，涂层具有良好的机械性能和对底材的附着能力。在碳纳米管和环保型防污剂的共同作用下，聚氨酯防污涂料具有良好的防污性能。研究发现低硬段含量的PPG-TDI-BDO型聚氨酯具有自愈合的性能。其自愈合性能由氢键和链段运动共同决定，聚氨酯链段中断裂的氢键存在可逆性能够在断面对接的过程中重新形成，使聚氨酯试样重新愈合。微纳米粉体颗粒的尺寸、结构以及比表面积对于粉体颗粒在有机硅涂层中的分散情况、最大添加量和对有机硅涂层表面形貌尺寸产生重要的影响。与自抛光与基料溶解型涂层相比，有机硅低表面能涂层表面光滑，平整，粗糙度远小于其他两类涂层，其平均减阻率达13.50%。有机硅涂层的防污性能较毒性防污涂层差，但其减阻和脱污性能更较好。