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有機硅改性氟碳防污涂料表面接觸角和防污效果的研究,運用冷拼法制備了氟硅樹脂并配制了氟硅防污涂料,研究了氟硅防污涂料一年實海掛板的接觸角及防污效果的變化
2019年09月10日    閱讀量:4471    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿


0 前 言

海洋防污涂料作為一種特殊的功能防護涂料,用于涂裝在船底、海洋結構物、海洋石油平臺、海底輸油管線等場所,以防止海洋生物的附著污損。海洋生物污損的危害可以使船舶增重(最高達300 kg/m2),造成航行阻力增加、航速下降、燃油消耗量增加(最高能達到30%)。使船舶及水下設施的腐蝕破壞加劇、使用壽命顯著縮短中國建材網cnprofit.com。使軍艦的操控性和戰斗力下降。現在船舶使用有機錫涂料在低濃度下可以達到廣譜、高效的防污目的,因此含有機錫的防污涂料曾被大量使用。


研究表明,這些物質在水中穩定并且積累,可引起一些生物體畸形,而且還有可能進入食物鏈。國際有關組織早就提議禁止使用有機錫作為防污劑。1999年國際海事組織 (IMO)所屬的海洋環境保護委員會 (MEPC)頒布了含有機錫的防污涂料最終使用期限是2008年1月1日。


研究和開發不含有機錫的低毒或無毒防污涂料,是我們迫切需要解決的難題。據了解,對低表面能船底防污涂料的研究,是當今海洋科技中亟待解決的重大技術課題之一,它的研發直接關系到海洋經濟發展和海洋環境保護,許多臨海國家為此都不惜投入巨資。


低表面能防污涂料,其防污原理是研制具有獨特表面性能的涂料,使海生物難以在上面附著,即使附著也不牢固,附著界面非常弱,在水流或其他外力作用下很容易脫落。傳統的毒性防污涂料一般只對某些海生物有抑制作用,而且隨著毒性物質的不斷釋放,其防污效果也逐步下降。


低表面能防污涂料則能防止各種海生物的附著,更為重要的是,低表面能防污涂料是基于涂料表面的物理作用,不存在毒性物質的釋放損耗問題,能起到長期防污的作用。目前研究開發的單純的低表面能防污涂料往往只能使海生物附著不牢,需定期清理,附著生物一旦長大將很難除去,清理過程中會破壞涂膜。目前其應用范圍有很大的局限性,多應用于高速船,而對難以定期上塢清理的大型船只尚無法應用。


因此,本文利用冷拼法制備了氟硅樹脂并配制了氟硅防污涂料,重點對其涂層接觸角和防污效果進行了研究,以期為我國環保型防污涂料提供試驗依據。


1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

試驗選用大連振邦產氟樹脂、進口有機硅樹脂作為冷拼法制備氟硅樹脂的原料。兩種樹脂技術指標參見表1。選擇進口的彈性脂肪族異氰酸酯作為交聯劑,其他原料包括溶劑、國產氧化鐵紅、PTFE、助劑、填料等。

有機硅改性氟碳防污涂料表面接觸角和防污效果的研究,運用冷拼法制備了氟硅樹脂并配制了氟硅防污涂料,研究了氟硅防污涂料一年實海掛板的接觸角及防污效果的變化 中國建材網,cnprofit.com

1.2 氟碳樹脂和有機硅樹脂的特點

氟碳樹脂是剛性的聚合物,涂層表面污物的脫落是通過界面之間的剪切來實現的,降低表面能和提高表面光滑性對于防污效果至關重要;有機硅是彈性的,容易發生形變,涂層表面污物的脫落主要是通過剝離方式發生。

1.3 氟硅樹脂的制備

物理冷拼法:根據分子結構的“相似相溶”原理通過將大連振邦氟樹脂與常溫固化的有機硅樹脂直接按一定比例物理混合,經高速分散后制得氟硅樹脂。通過調整兩種樹脂的混合比例來改善氟硅樹脂的混溶性,混溶性目測評價。

1.4 接觸角性能試驗方法

采用FAT125接觸角測量儀測試涂層(去離子水)接觸角,每個試樣測量9個水滴,表面張力儀配套軟件能直接讀取各個點的接觸角,也可以先拍照再用其他軟件測量角度,取平均值作為其結果。為保證測量的精度,測量接觸角前,須將試樣表面清洗干凈并干燥。測量時,試樣平行置于試樣臺上,緩慢將去離子水滴于試樣表面,每滴水約為2 μL。

1.5 防污效果試驗方法

研究的涂料按照GB/T5370-1985防污涂料樣板淺海浸泡試驗方法,要求制備試樣并進行涂層常規性能測試。按照表2中所列的配套方案在250 mm×150mm×2 mm的碳鋼板上噴涂制備實海掛板試驗,在標準條件下養護2 d,試驗在旅順海軍基地浮筏上進行。此海域的海生物主要有藤壺、石灰蟲、藻類等。

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2 結果與討論

2.1 氟硅樹脂的混溶性試驗結果(如表3)

從表3中可以看出,隨著有機硅樹脂量的增加,氟硅樹脂的混溶性無變化。

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2.2 防污涂料物理機械性能

選擇彈性脂肪族異氰酸酯作為研究防污涂料體系的交聯劑,將其與氟硅防污涂料配比[試驗確定n(—NCO)/n(—OH)=1.1~1.5]做各項性能的比較。各項性能檢測結果及檢測方法見表4。

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由表4可見,所研究的氟硅涂料具有優良的機械性能,而有機硅涂料物理機械性較差,通過改性可以得到解決。

2.3 實海掛板防污涂料浸泡天然海水接觸角變化情況(見表5)

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涂膜接觸角是衡量低表面能防污涂料防污性能的重要指標,從表5檢測可以看出氟硅防污涂料涂層隨著時間變化接觸角逐漸變小。經海水的沖刷和浸泡后,涂膜表面的活性基團會逐漸流失,同時微生物也會引起涂層表面的分子重排,使得表面能上升,表面接觸角下降。

2.4 氟硅防污涂料實海掛板1 a防污效果變化情況(見圖1~圖5 )

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可以看出,3個月防污效果無變化,6個月樣板上附著稍許海泥,9個月附著大量的海泥,12個月表面附著些藤壺,用6 MPa高壓水沖洗,就會脫落。低表面能防污涂料是利用涂膜的低表面能和較大的水接觸角,使液體在其表面難于鋪展而不浸潤,從而達到防污的目的。一般來說,當涂層與海水的接觸角大于98°(表面能小于2.5×104 N/m)時,涂層表面就不易被污損生物附著。


3 結 論

利用物理冷拼法制作的氟硅樹脂兼顧了二者的特點。同時從氟硅防污涂料接觸角和實海掛板變化情況來看,涂層初始接觸角較高,表面能低可以阻止海洋生物最初的附著,海洋生物附著的初期是通過分泌黏液潤濕被附著表面來實現的,黏液對低表面能的表面浸潤性差,即使附著也不牢固,在水流的作用下很容易脫落。隨著時間變化,經海水的沖刷和浸泡后,涂膜表面的活性基團會逐漸流失,同時微生物也會引起涂層表面的分子重排,表面接觸角下降,表面能上升,海生物隨之會附著在上面。



有機硅改性氟碳防污涂料表面接觸角和防污效果的研究

□ 張祖文1、2 ,徐德增1 ,由繼業2

(1.大連工業大學化工學院,遼寧大連 116034;2.大連振邦氟涂料股份有限公司,遼寧大連 116036)


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