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有机硅氟/高效防污剂耦合防污涂料及其性能研究
2022年09月30日    新闻来源:涂层与防护    |  投稿

0 引言


海洋环境下船体底部易发生海生物附着,会使船体增重、摩擦阻力增大,导致航速降低、能耗增加,缩短船舶维修间隔,不仅浪费资源,而且带来极大的安全隐患。目前,防止海生物附着最常用的方法是涂装防污涂料,传统防污涂料中含有机锡、氧化亚铜等防污剂,通过防污剂释放毒杀海生物,进而防止海生物附着。但是,传统防污涂料持续释放大量防污剂等毒性物质,会在海生物体内不断聚集而破坏海洋环境,威胁生物链及人类健康,因而传统防污涂料被逐步禁用或限制使用涂料在线coatingol.com


污损释放型防污涂料是一种对海洋环境无污染的新型防污涂料,主要选用有机硅或有机氟系列树脂,依靠树脂的低表面能特性抑制海生物附着,或即使海生物附着也不牢固,当航行速度较大或受冲刷作用时海生物即可脱落,从而起到防污效果。本文采用有机硅树脂作为基料树脂以提供低表面能特性,复配含氟物质,进一步降低表面能,并优选有机高效环保型防污剂增强防污效果,通过少量有机高效防污剂与低表面能树脂耦合进行高效环保防污,制得的有机硅氟/高效防污剂耦合污损释放型防污涂料具有低毒无害、防污性能良好的优点,在船舶及海工设备方面具有广阔的应用前景。


1 实验部分


1.1 涂料制备


防污涂料由甲、乙双组分组成,甲组分由有机硅树脂、含氟物质、有机高效防污剂、纳米SiO2、颜填料和溶剂等组成,乙组分由固化剂、溶剂等组成。


甲组分制备过程:将有机硅树脂、含氟物质、有机高效防污剂、纳米SiO2、颜填料和溶剂等按比例混合,采用冷却水冷却,高速分散1h,再进行砂磨高速分散1h,充分分散均匀、涂料细度低于80μm即可出料。


乙组分制备过程:将固化剂、溶剂等按比例混合,高速分散1 h,充分分散均匀即可出料。


使用前,将甲、乙组分按一定比例配比,搅拌均匀,熟化后,即可涂装使用。


2 结果与讨论


2.1 有机硅树脂黏度对涂料性能的影响


2.1.1 有机硅树脂黏度对涂层接触角的影响


分别测试有机硅树脂不同黏度(2800cp、3900cp、5000cp、7500cp、10000cp)时涂层表面接触角,考察有机硅树脂不同黏度对涂层表面接触角的影响。如图1所示,涂层接触角随着有机硅树脂黏度的增加而增加,即涂层表面能随有机硅树脂黏度的增加而降低,当有机硅树脂黏度由5000cp增加到10000cp,接触角增加不明显,即表面能变化不大。

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图1 有机硅树脂不同黏度对涂层表面接触角的影响

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图2 有机硅树脂涂层表面接触角测试照片


2.1.2 有机硅树脂黏度对弹性模量的影响


分别测试有机硅树脂不同黏度(2800cp、3900cp、5000cp、7500cp、10000cp)时涂层弹性模量,考察有机硅树脂不同黏度对涂层弹性模量的影响。如图3所示,涂层弹性模量随着有机硅树脂黏度的增加而增加,当有机硅树脂黏度由5000cp增加到10000cp,弹性模量增加较多。


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图3 有机硅树脂不同黏度对弹性模量的影响


2.1.3 有机硅树脂黏度对拉伸强度的影响


分别测试有机硅树脂不同黏度(2800cp、3900cp、5000cp、7500cp、10000cp)时树脂拉伸强度,考察有机硅树脂不同黏度对树脂拉伸强度的影响。如图4所示,涂层树脂拉伸强度随着有机硅树脂黏度的增加而增加,当有机硅树脂黏度由5000cp增加到10000cp,涂料树脂的拉伸强度增加不明显。


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图4 有机硅树脂不同黏度对拉伸强度的影响


综上,有机硅树脂黏度为5000cp时,具有较低的表面能和弹性模量,且拉伸强度较大,可满足污损释放型防污涂料对树脂基本物理性能的要求。


2.2 含氟物质对涂料防污性能的影响


分别制备0%、2%、4%、6%含氟物质添加量的防污涂层样板,考察含氟物质不同添加量对防污性能的影响。通过在厦门海域开展挂板试验验证,经4个月实海浸泡后,试验结果如表1和图5所示。


表1 含氟物质不同添加量实海防污情况

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图5 含氟物质不同添加量浅海浸泡照片


由浅海浸泡4个月结果可知,不添加含氟物质的涂层附着大量的藤壶和苔藓虫等,已失效,含氟物质添加量为4%时防污效果较好,仅附着藻类,面积约为12%。


2.3 有机高效防污剂对涂料防污性能的影响


海生物种类众多,仅靠有机硅/氟树脂的低表面能特性进行防污是不足的,故在涂料中设计添加有机高效防污剂。


分别制备0%、1%、2%、3%有机高效防污剂添加量的防污涂层样板,考察防污剂不同添加量对防污性能的影响。通过在厦门海域开展挂板试验验证,经4个月实海浸泡后,试验结果如表2和图6所示。


表2 防污剂不同添加量实海防污情况

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图6 防污剂不同添加量浅海浸泡照片


由浅海浸泡4个月结果可知,不添加防污剂的涂层附着大量的藤壶和苔藓虫等,已失效。防污剂添加量为2%时,防污效果较好,附着藻类,面积约为5%,


涂层表面接触角无明显变化,在保证涂层低表面能特性的同时,能够提供足够的防污活性,通过有机硅/氟的低表面能和有机高效防污剂协同提高防污效果,实现耦合防污,具有最优的防污性能。


2.4 氧化硅对涂料性能的影响


有机硅树脂具有力学强度低的缺点,添加纳米SiO2可提高其力学强度,同时,纳米SiO2具有小粒径和大比表面积特性,可与涂料中其他微米级颜填料结合形成纳米孔道和微-纳阶层结构,增强涂料表面疏水性。


分别测试纳米SiO2不同添加量(2%、4%、6%、8%)时树脂拉伸强度,考察纳米SiO2不同添加量对树脂拉伸强度的影响。如图7所示,涂层树脂拉伸强度随着纳米SiO2添加量的增加而增加。

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图7 纳米SiO2不同添加量对拉伸强度的影响


分别制备2%、4%、6%、8%纳米SiO2添加量的防污涂层样板,考察纳米SiO2不同添加量对防污性能的影响。通过在厦门海域开展挂板试验验证,经4个月实海浸泡后,试验结果如表3和图8所示。


表3纳米SiO2不同添加量实海防污情况

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图8 纳米SiO2不同添加量浅海浸泡照片


由浅海浸泡4个月结果可知,纳米SiO2添加量为6%时,防污效果最优,且涂层树脂拉伸强度较高。


基于上述涂料中主要组分及添加量的研究,涂料配方设计甲组分:5000cp有机硅树脂、含氟物质4%、有机高效防污剂2%、纳米氧化硅6%、颜填料和溶剂等;乙组分:固化剂和溶剂等。


2.5 涂料的实海防污性能考核


在中国船舶工业厦门检测站进行浅海浸泡试验,浅海浸泡12个月,如图9所示。涂层表面无海生物附着,涂层试验样板表面无起泡、无开裂、无脱落,涂层综合防污性能评分≥85分。实验结果表明,有机硅氟/高效防污剂耦合污损释放型防污涂料具有良好的实海防污效果。


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图9防污涂料浅海挂板12个月照片


2.6 涂料的动态模拟实验考核


在中国船舶工业厦门检测站进行动态模拟实验,涂层样板在试验浮筏进行浅海浸泡一个月,检查涂层试样表面污损附着情况;然后将涂层样板安装在动态试验装置上,样板表面线速度为33km/h,运转200h,以此为动态模拟实验一个周期。经过动态模拟实验3周期,如图10所示。


涂层表面无海生物附着,涂层试验样板表面无起泡、无开裂、无脱落,涂层综合防污性能评分≥85分。动态实验结果表明,有机硅氟/高效防污剂耦合污损释放型防污涂料具有良好的实海动态防污效果。

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图10防污涂料动态模拟实验3周期照片

3 结 语


(1)以5000cp有机硅树脂为基料树脂,复配4%含氟物质,添加2%有机高效防污剂,添加6%纳米SiO2,可制得有机硅/氟高效防污剂耦合的污损释放型防污涂料,并具有良好的物理性能和防污性能。


(2)有机硅氟/高效防污剂耦合污损释放型防污涂料,经浅海浸泡试验12个月,涂层表面无海生物附着,无起泡、无开裂、无脱落,涂层综合防污性能评分≥85分;经动态模拟实验3周期,涂层表面无海生物附着,无起泡、无开裂、无脱落,涂层综合防污性能评分≥85分,具有优良的实海防污性能。


(3)污损释放型防污涂料对涂层表面状态要求较高,故需对其涂装施工工艺开展进一步研究,为其广泛应用奠定基础。


参考文献(略)

作者 | 王萌1,谢志鹏1,2,李苗3,等

(1.中国船舶重工集团公司第七二五研究所厦门分部,福建 厦门)

(2.海洋腐蚀与防护重点实验室,山东 青岛)

(3.中科信工程咨询(北京)有限责任公司,北京)


标签:工业涂料今日头条技术中心防腐涂料
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