有机硅氟高效防污剂耦合防污涂料及其性能研究.docx
有机硅氟高效防污剂耦合防污涂料及其性能研究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。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Si02、颜填料和溶剂等按比例混合，采用冷却水冷却，高速分散Ih,再进行砂磨高速分散Ih,充分分散均匀、涂料细度低于80Um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1h,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500OCP增加到IooooCp,接触角增加不明显，即表面能变化不大。1076机硅树腑耕度cp图1有机硅树脂不同黏度对涂层表面接触角的影响图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500OCP增加到IooOoCp,弹性模量增加较多。Ud W'SS¾F图3有机硅树脂不同黏度对弹性模量的影响3 .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500OCP增加到100OoCp,涂料树脂的拉伸强度增加不明显。0.40-l0.35-0.30-0.25-0.20-0.15-0.10 -.1.1.1.120004 0006 0008 000WOOO行机硅树脂轴度cp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500OCP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取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项目一配方0号I234含氟物质添加最彩0246浅海拄板4个月附着大鼠的藤麦和苔解虫等.失效附著施类,面积约为20%附钎餐类.面积约为12%附着编美和少隘藤斐等硬光类海生物图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葬虫等，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%o2.3 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%、设、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所不O表2防污剂不同添加量实海防污情况配方编号项目5678防污剂添加鼠/%0123的若大盘的壶和苔浅海挂板4个月附粉藻类,面积约为15%时青藻类.面积约为5%时着藻类.面积约为7，绿虫等.失效图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葬虫等，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SiOz可提高其力学强度，同时，纳米Si2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Si2不同添加量（2%、4%、6%、8%）时树脂拉伸强度，考察纳米SiOz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SiOz添加量的增加而增加。图7纳米Si2不同添加量对拉伸强度的影响分别制备2%、4%、6%、8%纳米SiOz添加量的防污涂层样板,考察纳米SiOz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SiOz不同添加量实海防污情况项目配方瘠号91011纳米Sia添加盘/“2468浅海挂板4个月附苻藻类,面枳约为14%的苛藻类,而松妁为“,阴音墨类,而枳妁为3，附在墨类.面跳妁为6,图8纳米Si2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SiOz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285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。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33kmh,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285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。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Si2,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285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285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。
