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有机硅改性氟碳防污涂料表面接触角和防污效果的研究,运用冷拼法制备了氟硅树脂并配制了氟硅防污涂料,研究了氟硅防污涂料一年实海挂板的接触角及防污效果的变化,中国资讯网,ChinaNews360.com
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有机硅改性氟碳防污涂料表面接触角和防污效果的研究,运用冷拼法制备了氟硅树脂并配制了氟硅防污涂料,研究了氟硅防污涂料一年实海挂板的接触角及防污效果的变化
2019年09月10日    阅读量:514    新闻来源:中国资讯网 ChinaNews360.com  |  投稿


0 前 言

海洋防污涂料作为一种特殊的功能防护涂料,用于涂装在船底、海洋结构物、海洋石油平台、海底输油管线等场所,以防止海洋生物的附着污损。海洋生物污损的危害可以使船舶增重(最高达300 kg/m2),造成航行阻力增加、航速下降、燃油消耗量增加(最高能达到30%)。使船舶及水下设施的腐蚀破坏加剧、使用寿命显著缩短涂料在线coatingol.com。使军舰的操控性和战斗力下降。现在船舶使用有机锡涂料在低浓度下可以达到广谱、高效的防污目的,因此含有机锡的防污涂料曾被大量使用。


研究表明,这些物质在水中稳定并且积累,可引起一些生物体畸形,而且还有可能进入食物链。国际有关组织早就提议禁止使用有机锡作为防污剂。1999年国际海事组织 (IMO)所属的海洋环境保护委员会 (MEPC)颁布了含有机锡的防污涂料最终使用期限是2008年1月1日。


研究和开发不含有机锡的低毒或无毒防污涂料,是我们迫切需要解决的难题。据了解,对低表面能船底防污涂料的研究,是当今海洋科技中亟待解决的重大技术课题之一,它的研发直接关系到海洋经济发展和海洋环境保护,许多临海国家为此都不惜投入巨资。


低表面能防污涂料,其防污原理是研制具有独特表面性能的涂料,使海生物难以在上面附着,即使附着也不牢固,附着界面非常弱,在水流或其他外力作用下很容易脱落。传统的毒性防污涂料一般只对某些海生物有抑制作用,而且随着毒性物质的不断释放,其防污效果也逐步下降。


低表面能防污涂料则能防止各种海生物的附着,更为重要的是,低表面能防污涂料是基于涂料表面的物理作用,不存在毒性物质的释放损耗问题,能起到长期防污的作用。目前研究开发的单纯的低表面能防污涂料往往只能使海生物附着不牢,需定期清理,附着生物一旦长大将很难除去,清理过程中会破坏涂膜。目前其应用范围有很大的局限性,多应用于高速船,而对难以定期上坞清理的大型船只尚无法应用。


因此,本文利用冷拼法制备了氟硅树脂并配制了氟硅防污涂料,重点对其涂层接触角和防污效果进行了研究,以期为我国环保型防污涂料提供试验依据。


1 原材料与试验方法

1.1 原材料

试验选用大连振邦产氟树脂、进口有机硅树脂作为冷拼法制备氟硅树脂的原料。两种树脂技术指标参见表1。选择进口的弹性脂肪族异氰酸酯作为交联剂,其他原料包括溶剂、国产氧化铁红、PTFE、助剂、填料等。

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1.2 氟碳树脂和有机硅树脂的特点

氟碳树脂是刚性的聚合物,涂层表面污物的脱落是通过界面之间的剪切来实现的,降低表面能和提高表面光滑性对于防污效果至关重要;有机硅是弹性的,容易发生形变,涂层表面污物的脱落主要是通过剥离方式发生。

1.3 氟硅树脂的制备

物理冷拼法:根据分子结构的“相似相溶”原理通过将大连振邦氟树脂与常温固化的有机硅树脂直接按一定比例物理混合,经高速分散后制得氟硅树脂。通过调整两种树脂的混合比例来改善氟硅树脂的混溶性,混溶性目测评价。

1.4 接触角性能试验方法

采用FAT125接触角测量仪测试涂层(去离子水)接触角,每个试样测量9个水滴,表面张力仪配套软件能直接读取各个点的接触角,也可以先拍照再用其他软件测量角度,取平均值作为其结果。为保证测量的精度,测量接触角前,须将试样表面清洗干净并干燥。测量时,试样平行置于试样台上,缓慢将去离子水滴于试样表面,每滴水约为2 μL。

1.5 防污效果试验方法

研究的涂料按照GB/T5370-1985防污涂料样板浅海浸泡试验方法,要求制备试样并进行涂层常规性能测试。按照表2中所列的配套方案在250 mm×150mm×2 mm的碳钢板上喷涂制备实海挂板试验,在标准条件下养护2 d,试验在旅顺海军基地浮筏上进行。此海域的海生物主要有藤壶、石灰虫、藻类等。

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2 结果与讨论

2.1 氟硅树脂的混溶性试验结果(如表3)

从表3中可以看出,随着有机硅树脂量的增加,氟硅树脂的混溶性无变化。

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2.2 防污涂料物理机械性能

选择弹性脂肪族异氰酸酯作为研究防污涂料体系的交联剂,将其与氟硅防污涂料配比[试验确定n(—NCO)/n(—OH)=1.1~1.5]做各项性能的比较。各项性能检测结果及检测方法见表4。

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由表4可见,所研究的氟硅涂料具有优良的机械性能,而有机硅涂料物理机械性较差,通过改性可以得到解决。

2.3 实海挂板防污涂料浸泡天然海水接触角变化情况(见表5)

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涂膜接触角是衡量低表面能防污涂料防污性能的重要指标,从表5检测可以看出氟硅防污涂料涂层随着时间变化接触角逐渐变小。经海水的冲刷和浸泡后,涂膜表面的活性基团会逐渐流失,同时微生物也会引起涂层表面的分子重排,使得表面能上升,表面接触角下降。

2.4 氟硅防污涂料实海挂板1 a防污效果变化情况(见图1~图5 )

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可以看出,3个月防污效果无变化,6个月样板上附着稍许海泥,9个月附着大量的海泥,12个月表面附着些藤壶,用6 MPa高压水冲洗,就会脱落。低表面能防污涂料是利用涂膜的低表面能和较大的水接触角,使液体在其表面难于铺展而不浸润,从而达到防污的目的。一般来说,当涂层与海水的接触角大于98°(表面能小于2.5×104 N/m)时,涂层表面就不易被污损生物附着。


3 结 论

利用物理冷拼法制作的氟硅树脂兼顾了二者的特点。同时从氟硅防污涂料接触角和实海挂板变化情况来看,涂层初始接触角较高,表面能低可以阻止海洋生物最初的附着,海洋生物附着的初期是通过分泌黏液润湿被附着表面来实现的,黏液对低表面能的表面浸润性差,即使附着也不牢固,在水流的作用下很容易脱落。随着时间变化,经海水的冲刷和浸泡后,涂膜表面的活性基团会逐渐流失,同时微生物也会引起涂层表面的分子重排,表面接触角下降,表面能上升,海生物随之会附着在上面。



有机硅改性氟碳防污涂料表面接触角和防污效果的研究

□ 张祖文1、2 ,徐德增1 ,由继业2

(1.大连工业大学化工学院,辽宁大连 116034;2.大连振邦氟涂料股份有限公司,辽宁大连 116036)


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