CN101186767A - 缓释型生物防污涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种缓释型生物防污涂料,由基料树脂、生物防污剂、颜填料、助剂和溶剂组成。其中的生物防污剂是植物的生物提取物植物单宁和茶多酚,并采用微囊化技术对植物单宁和茶多酚进行微囊化处理,以此微囊化的植物单宁和茶多酚为防污剂,并结合基料树脂、颜填料、助剂和溶剂组成本发明的防污涂料,凭借植物单宁和茶多酚从微囊中的缓慢释放来达到防污效果。本发明的优点是所述防污剂来自植物的生物提取物,具有环保效果,而且其成本低廉,微囊化工艺简单,囊材价格低廉,易于实现规模化生产,并且所述的防污涂料具有低表面能、生物防污、长效缓释和环保的特点。此防污涂料可以应用于海洋舰船、海洋固定设施、下水管道、电缆光缆管道以及油气输送管道等的防污处理。
Description
技术领域
本发明涉及防污涂料,特别是一种缓释型生物防污涂料,具体地说涉及以植物的生物提取物植物单宁和茶多酚作为防污成分,并通过微囊化技术处理获得微囊化植物单宁和微囊化茶多酚,以此微囊化植物单宁和微囊化茶多酚为防污剂,制备获得的低成本、环保、缓释型长效防污涂料。特别适于海洋舰船、海洋固定设施、下水管道、光缆电缆管道和油气输送管道等的防污防腐处理。
背景技术
我国具有漫长的海岸线、内陆航线,每天有大量舰船航行于严酷的海洋环境,船底部分长期浸泡在海水中,受到海洋污损生物的污损严重。这大大加速了船底钢板的腐蚀,降低武器装备的使用寿命,增加舰船自重和航行的阻力,降低航速,增加燃油消耗,严重影响舰船的作战性能。抑制海洋生物污损的危害主要依靠防污涂料,但过去和现在所使用的防污涂料基本都是以有毒的毒料作为防污剂,来抑制海洋污损生物的粘附和生长,如有机锡、氧化汞、氧化亚铜、DDT、敌百虫等,但这些防污涂料毒性大,长期在海洋中累积对海洋生物的毒害严重,破坏海洋生态环境,鉴于这些有毒防污剂的巨大危害,国际海事组织(The International Maritime Organization IMO)于2001年10月1日通过《国际控制船舶有害防污底系统公约》,是一个全球强制性法律文件。《公约》提出,从2003年1月1日起,各国船舶都应禁止使用对海洋生物有较大毒性的有机锡化合物(TBT)防污漆,2008年全面禁止这些产品作为船舶防污漆存在。氧化亚铜、DDT、敌百虫等有毒防污剂,也将陆续被淘汰和禁止。此外,输送石油和天然气的管道、下水管道、通讯光缆管道和电缆管道等也会受到污损微生物的污损和腐蚀,会引起管道堵塞,电缆和光缆中断等。因此急需研究开发新型的环保长效的海洋防污涂料;而对于油气管道、下水管道、光缆电缆管道的生物污损的抑制目前基本处于空白,开展对这些管道的防污技术和产品更是迫在眉睫。
现在世界防污涂料界正在寻找新的途径和方法来阻断海洋生物污损。近年来,对防污涂料的研究集中在发展高效无毒或低毒环保型防污涂料,主要有:无锡自抛光防污涂料,主要使用有毒防污剂(主要是氧化亚铜),也包含环保防污剂;低表面能防污涂料;导电涂膜防污涂料;可溶性硅酸盐为主防污剂的无毒防污涂料;含天然防污剂的防污剂涂料;仿生涂料;电化学防污法。这些防污涂料,要么仍然有毒性面临被禁用的危险;要么就是有效期短(一般约为1~2年);要么成本极高,难以规模化生产。例如,荷兰西格马涂料有限公司于2002年8月在中国申请的公开号号为CN02816911.5的专利报道了一种适用于自抛光防污漆的具有低含量可水解单体的成膜聚合物;日本信越聚合物株式会社在中国申请的公开号为CN1806005的专利,报道了一种导电组合物、导电涂料、导电树脂、电容器、光电转换元件及其制备方法。对于以天然产物为防污剂的防污涂料研究,也有不少报道,例如公开号为CN1709997A中国专利报道了一种以辣椒碱作为防污剂的防污涂料,有较好的防污效果,但是以辣椒碱作为防污剂成本很高,含量在90%以上的天然辣椒碱价格每公斤几十万元人币,这将大大增加防污涂料的成本,而且此专利中的辣椒碱没有进行缓释技术处理,释放较快,有效期也较短。因此,急需开发出低成本、环境友好、经过缓释技术处理的长效型天然防污剂,并将其应用于防污涂料中制备出低成本环保型长效缓释防污涂料迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本,环保、缓释型生物防污涂料,它是采用植物的生物提取物作为防污成分并对其进行微囊化,此防污涂料可以克服前述的有毒、成本高、寿命短的缺点。
本发明的技术方案为:本发明以植物单宁和茶多酚作为防污成分,并对植物单宁和茶多酚进行微囊化处理获得生物防污剂,并与基料树脂、颜填料、助剂及溶剂一起构成缓释型生物防污涂料,依靠植物单宁和茶多酚从缓释型防污剂中的缓慢释放来阻断生物污损,达到防污目的,并实现环保、长效的目的。
生物防污剂中植物单宁和茶多酚的微囊化采用单凝聚法,包括溶液配制、搅拌乳化、凝聚反应、交联固化、分离、洗涤、干燥,具体方法如下:
水相配制:明胶加入水中,在70℃水浴加热搅拌溶解,制成浓度25%(w/v)的明胶溶液,以10%(v/v)醋酸溶液调pH值到3左右,加入适量Tween-20使其浓度为2%(v/v),再加入适量的植物单宁或茶多酚使其浓度为6%(w/v),搅拌乳化即得水相;
油相配制:大豆油中加入适量Span-80,使其浓度为4%(v/v),高速搅拌混合即得油相;
微囊化过程:取适量油相,在75℃的水浴中以高速乳化均质机或电动搅拌器乳化搅拌约15分钟,然后调整高速乳化均质机或电动搅拌器转速至适当转速,在搅拌下将适量水相(水相/油相比在1∶10到1∶1之间)慢速加入油相中,加入完毕后,继续搅拌乳化30分钟,得W/O型乳状液,然后置于冰水浴中并调低乳化搅拌速度,30分钟后加入适量甲醛或戊二醛溶液交联固化6小时,然后离心机1000rpm离心20分钟,下层即为微囊,用无水乙醇或丙酮洗涤脱水,干燥即得植物单宁或茶多酚微囊。
所述的环保型长效缓释防污涂料主要组成(重量百分比)为:
树脂基料 15~40%
生物防污剂 1~10%
颜填料 14~34%
消泡剂 1~4%
增塑剂 2~20%
溶剂 14~55%
其中的树脂基料为环氧树脂、聚丙烯酸、氯化橡胶、氟代聚氨酯中的一种;颜填料为纳米二氧化钛、海泡石、滑石粉、氧化铁红中的一种或一种以上;消泡剂为二甲基硅油;增塑剂为氯化石蜡;溶剂为甲苯、二甲苯中的一种或一种以上;生物防污剂为微囊化植物单宁、微囊化茶多酚中的一种或一种以上。
本发明与现有技术相比较,具有如下效果:
1、本发明中以价格低的天然产物植物单宁和茶多酚为防污成分,替代了目前防污涂料中有毒防污剂,达到了环保的目的;同时,植物单宁和茶多酚价格低(每公斤十几到二百多人民币),克服了其他涂料中以辣椒碱做为防污剂成本过高的缺点(纯度90%以上的天然辣椒碱每公斤几十万元人民币),达到低成本的目的。
2、本发明采用药物缓、控释技术对防污成分植物单宁和茶多酚进行微囊化技术处理,使得植物单宁和茶多酚缓慢释放,进一步增加防污涂料的防污期。
3、本发明的基料树脂也采用了低表面能树脂氟代聚氨酯或有机硅改性的丙烯酸树脂,从而使得植物单宁与茶多酚的生物防污功能和低表面能树脂的低表面能特性共同抑制污损生物在相关设施表面的粘附、生长、累积,这将极大提高防污涂料的防污效果和防污期,不仅适于运动的海洋舰船防污,同时也适用于海洋固定设施、油气输送管道、光缆电缆管道、下水管道等的防污。而且对于油气输送管道、光缆电缆管道的防污,并不象海洋舰船那样浸泡在水中,而是处于有潮湿或有少量水的环境中,因而防污剂在涂层表面的流失就小得多,这样对于油气输送管道、光缆电缆管道的防污效果会更好,防污期会更长。
4、此防污涂料的成功开发不仅可以替代目前的有毒、短寿命的海洋舰船防污涂料,而且可以填补在油气输送管道、光缆电缆管道领域防污技术的空白。
附图说明
图1为本发明中微囊化植物单宁的显微照片。
具体实施方式
实施例1
植物单宁微囊的制备
水相配制:明胶加入水中,在70℃水浴加热搅拌溶解,制成浓度25%(w/v)的明胶溶液,以10%(v/v)醋酸溶液调pH值到3左右,加入适量Tween-20使其浓度为2%(v/v),再加入适量的植物单宁使其浓度为6%(w/v),搅拌乳化即得水相;
油相配制:大豆油中加入适量Span-80,使其浓度为4%(v/v),高速搅拌混合即得油相;
微囊化过程:取适量油相,在75℃的水浴中以高速乳化均质机或电动搅拌器乳化搅拌约15分钟,然后调整高速乳化均质机或电动搅拌器转速至适当转速,在搅拌下将适量水相(水相/油相比在1∶10到1∶1之间)慢速加入油相中,加入完毕后,继续搅拌乳化30分钟,得W/O型乳状液,然后置于冰水浴中并调低乳化搅拌速度,30分钟后加入适量甲醛或戊二醛溶液交联固化6小时,然后离心机1000rpm离心20分钟,下层即为微囊,用无水乙醇或丙酮洗涤脱水,干燥即得植物单宁微囊。
实施例2
茶多酚微囊的制备
水相配制:明胶加入水中,在70℃水浴加热搅拌溶解,制成浓度25%(w/v)的明胶溶液,以10%(v/v)醋酸溶液调pH值到3左右,加入适量Tween-20使其浓度为2%(v/v),再加入适量的茶多酚使其浓度为6%(w/v),搅拌乳化即得水相;
油相配制:大豆油中加入适量Span-80,使其浓度为4%(v/v),高速搅拌混合即得油相;
微囊化过程:取适量油相,在75℃的水浴中以高速乳化均质机或电动搅拌器乳化搅拌约15分钟,然后调整高速乳化均质机或电动搅拌器转速至适当转速,在搅拌下将适量水相(水相/油相比在1∶10到1∶1之间)慢速加入油相中,加入完毕后,继续搅拌乳化30分钟,得W/O型乳状液,然后置于冰水浴中并调低乳化搅拌速度,30分钟后加入适量甲醛或戊二醛溶液交联固化6小时,然后离心机1000rpm离心20分钟,下层即为微囊,用无水乙醇或丙酮洗涤脱水,干燥即得茶多酚微囊。
实施例3~14如表一
表一实施例3~14组分和重量百分含量
将上述所制备实施例3~14的防污涂料,均匀涂于45#钢板上,并将钢板挂于模拟海水中,测定植物单宁或茶多酚释放速率,其结果如表二:
表二生物防污剂从涂层中释放的速率
释放速率(μg.m-2.d-1) | 时间 |
10天 | 1月 | 2月 | 3月 | 4月 | 5月 | 6月 | ||
实施例3 | 单宁的释放速率 | 11.8 | 11.6 | 11.2 | 11.0 | 11.3 | 10.9 | 10.8 |
实施例4 | 单宁的释放速率 | 33.4 | 33.7 | 33.5 | 33.2 | 33.2 | 33.1 | 33.1 |
茶多酚的释放速率 | 48.0 | 48.0 | 48.3 | 48.1 | 47.8 | 47.9 | 47.9 | |
实施例5 | 单宁的释放速率 | 46.7 | 46.5 | 46.8 | 46.4 | 46.2 | 46.2 | 46.1 |
实施例6 | 单宁的释放速率 | 11.8 | 11.8 | 11.5 | 11.2 | 11.1 | 10.7 | 10.6 |
实施例7 | 单宁的释放速率 | 24.2 | 24.3 | 24.5 | 24.3 | 24.1 | 24.1 | 24.1 |
茶多酚的释放速率 | 18.0 | 18.1 | 17.9 | 17.8 | 17.5 | 17.4 | 17.4 | |
实施例8 | 茶多酚的释放速率 | 45.8 | 45.9 | 45.6 | 45.8 | 45.7 | 45.6 | 45.4 |
实施例9 | 茶多酚的释放速率 | 10.1 | 10.2 | 10.2 | 10.1 | 10.1 | 9.8 | 9.7 |
实施例10 | 单宁的释放速率 | 50.5 | 50.5 | 50.6 | 50.3 | 50.7 | 50.4 | 50.4 |
茶多酚的释放速率 | 38.6 | 38.5 | 38.4 | 38.4 | 38.2 | 38.3 | 38.1 | |
实施例11 | 单宁的释放速率 | 37.1 | 37.2 | 37.1 | 37.1 | 36.9 | 36.7 | 36.7 |
实施例12 | 茶多酚的释放速率 | 35.3 | 35.5 | 35.3 | 35.2 | 35.2 | 35.2 | 35.1 |
实施例13 | 单宁的释放速率 | 32.1 | 32.1 | 32.2 | 32.3 | 32.1 | 32.0 | 32.0 |
茶多酚的释放速率 | 39.3 | 39.3 | 39.3 | 39.2 | 39.1 | 39.1 | 39.0 | |
实施例14 | 单宁的释放速率 | 66.5 | 66.5 | 66.4 | 66.3 | 66.3 | 66.4 | 66.2 |
将上述实施例3~14的防污涂料,均匀涂于45#钢板上,在海生物生长始终保持生长旺盛的热带海域进行挂板试验,防污效果如表三:
表三挂板试验结果
实施例 | 钢板被污损面积百分数(%) | |||
1一个月 | 3个月 | 6个月 | 12个月 | |
实施例3实施例4实施例5实施例6实施例7实施例8实施例9 | 1.00.00.01.50.00.01.5 | 3.02.02.54.03.02.04.5 | 9.06.07.07.08.05.011.0 | 23.09.011.515.013.08.025.0 |
实施例10实施例11实施例12实施例13实施例14 | 0.00.00.00.00.0 | 1.53.01.00.01.0 | 4.08.05.01.03.0 | 7.014.08.03.05.0 |
Claims (5)
1.一种缓释型生物防污涂料,其特征是各组分的重量百分比如下:
树脂基料 15~40%
生物防污剂 1~10%
颜填料 14~34%
消泡剂 1~4%
增塑剂 2~20%
溶剂 14~55%
其中的树脂基料为环氧树脂、聚丙烯酸、氯化橡胶、氟代聚氨酯中的一种;颜填料为纳米二氧化钛、海泡石、滑石粉、氧化铁红中的一种或一种以上;消泡剂为二甲基硅油;增塑剂为氯化石蜡;溶剂为甲苯、二甲苯中的一种或一种以上;生物防污剂为微囊化植物单宁、微囊化茶多酚中的一种或一种以上;
上述生物防污剂中植物单宁和茶多酚的微囊化采用单凝聚法,包括溶液配制、搅拌乳化、凝聚反应、交联固化、分离、洗涤、干燥,其具体方法如下:
水相配制:明胶加入水中,在70℃水浴加热搅拌溶解,制成浓度25%(w/v)的明胶溶液,以10%(v/v)醋酸溶液调pH值到3左右,加入适量Tween-20使其浓度为2%(v/v),再加入适量的植物单宁或茶多酚使其浓度为6%(w/v),搅拌乳化即得水相;
油相配制:大豆油中加入适量Span-80,使其浓度为4%(v/v),高速搅拌混合即得油相;
微囊化过程:取适量油相,在75℃的水浴中以高速乳化均质机或电动搅拌器乳化搅拌约15分钟,然后调整高速乳化均质机或电动搅拌器转速至适当转速,在搅拌下将适量水相(水相/油相比在1∶10到1∶1之间)慢速加入油相中,加入完毕后,继续搅拌乳化30分钟,得W/O型乳状液,然后置于冰水浴中并调低乳化搅拌速度,30分钟后加入适量甲醛或戊二醛溶液交联固化6小时,然后离心机1000rpm离心20分钟,下层即为微囊,用无水乙醇或丙酮洗涤脱水,干燥即得植物单宁或茶多酚微囊。
2.根据权利要求1所述的缓释型生物防污涂料,其特征是:树脂基料为环氧树脂含量15~40%,生物防污剂为微囊化植物单宁或茶多酚含量1~10%,颜填料为纳米二氧化钛含量4~6%、海泡石3~10%、滑石粉3~8%、氧化铁红2~4%,增塑剂为氯化石蜡含量2~15%,消泡剂为二甲基硅油含量1~4%,溶剂为甲苯或二甲苯含量14~55%。
3.根据权利要求1所述的缓释型生物防污涂料,其特征是:树脂基料为聚丙烯酸含量20~36%,生物防污剂为微囊化植物单宁或茶多酚含量1~8%,颜填料为纳米二氧化钛含量2~10%、海泡石3~14%、滑石粉4~9%、氧化铁红1~4%,增塑剂为氯化石蜡含量4~20%,消泡剂为二甲基硅油含量1~4%,溶剂为甲苯或二甲苯含量17~49%。
4.根据权利要求1所述的缓释型生物防污涂料,其特征是:树脂基料为氯化橡胶含量16~35%,生物防污剂为微囊化植物单宁或茶多酚含量1~9%,颜填料为纳米二氧化钛含量5~10%、海泡石3~12%、滑石粉3~9%、氧化铁红1~3%,增塑剂为氯化石蜡含量5~18%,消泡剂为二甲基硅油含量1~3%,溶剂为甲苯或二甲苯含量30~39%。
5.根据权利要求1所述的缓释型生物防污涂料,其特征是:树脂基料为氟代聚氨酯含量18~40%,生物防污剂为微囊化植物单宁或茶多酚含量3~10%,颜填料为纳米二氧化钛含量4~12%、海泡石3~10%、滑石粉3~7%、氧化铁红1~3%,增塑剂为氯化石蜡含量2~18%,消泡剂为二甲基硅油含量1~3%,溶剂为甲苯或二甲苯含量16~53%。
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