表面减阻和防污(防生物垢)对海洋航行器及医疗器件具有重要意义。经典的表面防污减阻方法有仿生法和涂层法,其中表面自组装微纳米形态构筑法是近年密集报道的方法。但自组装法存在制备工艺复杂及涂层稳定性差等问题。本课题提出亲水微区仿生涂层方案,即在疏水涂层中构筑亲水微区。首先,设计制备表面具有聚乙二醇(PEG)的微纳米聚苯乙烯球(PS-PEG微球);将PS-PEG微球与丙烯酸酯聚合物乳液掺混,得到混合乳液;最后将混合乳液涂覆于材料表面,构筑具有亲水微区的丙烯酸酯聚合物涂层。本研究的目标是建立一种改善涂层减阻及防污性能,涂层稳定性好且易实现大面积装涂的仿生涂层技术。主要研究工作包括:1、PS-PEG微球设计和制备方法研究。获得不同PEG含量、链长和粒径的微球,且微球表面具有可开环交联的环氧基。以苯乙烯(St)为主单体,甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为功能单体,PEGMA为反应型大分子乳化剂,通过乳液聚合、微悬浮聚合及悬浮聚合等方法获得不同粒径和PEG支链含量的微球。结果表明:通过乳液聚合法可制备粒径可控且分布均匀的微球,以分子量为2080的PEGMA为大分子乳化剂,获得PEGMA投料比分别为0%、6%、10%和20%的PS-PEG微球,粒径范围为103.7±2.1-173.5±10.5nm。通过乳液聚合法,采用分子量分别为500、2080和5000的PEGMA,获得不同PEG链长的微球乳液,粒径范围为103.7±2.1-112.9±7.8nm;保持 PEGMA(分子量为 2080)含量相同,通过乳液聚合、微悬浮聚合和悬浮聚合(加入一定量DVB)法制备了粒径尺度范围分别为l00nm、500nm、1μm和5μm级的微球。2、涂层主材设计制备。本研究以丙烯酸酯聚合物作为涂层主材研究对象,设计玻璃化温度为35°C,且可通过环氧基开环交联。以甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸正丁酯(BA)为共聚单体,GMA为功能单体单体,通过无皂乳液聚合法制备丙烯酸酯聚合物乳液,实测聚合物玻璃化温度为40℃。3、仿生涂层制备工艺及涂层表面形态、亲水性和稳定性研究。将以上微球乳液按一定质量配比与丙烯酸酯聚合物乳液共混,经涂覆、干燥过程获得涂层。研究了聚乙烯胺(PEI)对涂层的交联,确定适宜交联条件为80℃加热固化5h。通过扫描电镜考察涂层微球含量对表面形貌的影响,通过静态水接触角测试考察了微球含量对涂层亲水性的影响,研究了交联对涂层耐水稳定性的影响。结果显示:涂层中微球含量增大,表面微球排布愈加紧密,高于6wt%后,微球开始发生堆积。涂层水接触角随微球含量增大而减小,亲水性增强,当微球含量由Owt%增加至15wt%,涂层水接触角可从83.5±1.8°降低至67.5±1.8°;交联涂层振荡30天前后水接触角基本不发生变化,耐水稳定性好。4、涂层水流流体阻力及其影响因素研究。通过扭矩法考察涂层中微球含量、不同PEGMA投料比微球、不同粒径大小微球、表面不同PEG链长微球对交联涂层水流阻力的影响规律。结果显示:随着涂层中微球含量增大,涂层减阻率先增大后趋于平稳;微球粒径相当时,随微球中PEGMA投料比增大,涂层的减阻率增大,PEGMA投料比为20%的涂层减阻率最大为21%;微球中PEGMA的投料比及分子量相同时,随着涂层中微球粒径增大,最高减阻率先增大后减小,当微球粒径大小为500nm时,减阻率最大为34%;微球粒径大小相当及PEGMA添加摩尔比相同时,随着PEG链长增大,涂层的减阻率增大,PEGMA分子量为5000时最大为 29%。5、涂层抗蛋白吸附性能研究。采用异硫氰酸标记的牛血清蛋白为吸附蛋白,考察了涂层中微球含量,不同PEGMA投料比微球、不同粒径大小微球、表面不同PEG链长微球对交联涂层抗蛋白吸附性能的影响规律。结果显示:随着微球含量增大,涂层抗蛋白吸附效率增大,当微球含量为15wt%时,最大可达到97%;当微球含量为9wt%时,随微球中PEGMA投料比增大,抗蛋白吸附效率增大;不同粒径大小微球构筑的涂层,抗蛋白吸附效率均在90%以上。不同PEG链长微球的涂层抗蛋白吸附效果均良好,且随PEG链长增长而增大,PEGMA分子量为5000时,抗蛋白吸附效果达到97%。