CN102702913A - 防污涂料组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型防污涂料组合物。该防污涂料1组合物包含4-40重量%的硅氧烷-丙烯酸树脂;1-40重量%的溶剂;0.01-15重量%的聚六亚甲基胍盐;12-45重量%的氧化亚铜和/或0.01-10重量%的吡啶硫酮锌。本发明防污涂料组合物具有优异的防污性能,可用于防止诸如渔网、船只、海下设备等等的污垢。
Description
技术领域
本发明涉及一种防污涂料组合物,更具体地涉及一种新型防污涂料组合物,其不含可造成海水污染的有机锡化合物,而包含硅氧烷-丙烯酸树脂、聚六亚甲基胍盐和吡啶硫酮锌和/或氧化亚铜(Cu2O)。
背景技术
许多海洋生物,例如蓝蚌、普通海龟帽贝、苔藓、硅藻、牡蛎、珍珠贝、海绵动物、夜光贝、海白菜、海鞘等等都在海水中生活,且这些海洋生物附着在海下设备、船只、救生带、港口设施、养殖场、渔网等等之上,对这些海洋设备造成破坏。尤其是如果这些海洋生物附着在船底,则船表面变得粗糙因而需要频繁地维修。此外,当船表面的粗糙程度达到0.01mm时,该船的燃料消耗将增加0.3%-1.0%。这对燃料消耗占运行成本的50%的大型船只而言可造成更严重的问题。
为了防止海洋设备的这类污垢,常规采用由松脂、增塑剂和防污剂与氯乙烯树脂或乙烯树脂混合制备的防污涂料组合物。然而,所述常规防污涂料组合物也包括海水污染物,因为所述组合物包括用作防污剂的汞化合物或有机锡化合物。而其它防污涂料组合物,美国专利第4,191,579号和英国专利第1,457,590号公开了自清洁防污涂料组合物,其中有机锡化合物(如三丁基氧化锡)与不饱和单体(例如丙烯酸或异丁烯酸)结合从而在其间形成酯键。由于这种酯键,所述防污涂料组合物在海水中缓慢水解,因而从该防污涂料组合物中缓慢释放出有机锡化合物。由于释放有机锡化合物而产生的羧基基团形成盐,这使得所述防污剂变为水溶性的且产生膨胀。因此,所述防污剂表面剥落而露出新的表面。这类防污涂料组合物通常用于海水设备的防污。然而,所述有机锡化合物从所述防污剂中的持续释放具有非靶向毒性,其不仅导致海水污染而且破坏生态系统。
CN 1694931A公开了一种新型防污涂料组合物。该防污涂料组合物包含5%-20%重量比的树脂;3%-30%重量比的溶剂;0.05%-20%重量比的聚六亚甲基呱盐;1%-50%重量比的颜料;及22%-75%重量比的氧化亚铜和/或0.05%-20%重量比的吡啶硫酮锌。该防污涂料组合物采用聚六亚甲基呱盐代替有机锡化合物,对环境污染较小,但是其防污性能并不能满足现有需要。
因此,需要开发一种新型防污涂料组合物,以有效地防止由各种海洋生物和微生物造成的海水设备的污垢,且在环境和卫生方面没有缺陷。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的之一在于提供一种对人体和海洋环境没有危害,且对生物造成的污垢具有优异的防污作用的防污涂料组合物。
本发明的另一目的是提供一种适用于诸如渔网、船只、海下设备等的海洋设备的防污,且不含可造成海水污染的汞或有机锡化合物的防污涂料组合物。
为了达到这些及其它目的,本发明提供一种防污涂料组合物,其包括4-40重量%的硅氧烷-丙烯酸树脂;1-40重量%的溶剂;0.01-15重量%的式1所示的聚六亚甲基胍盐;及12-45重量%的氧化亚铜(Cu2O)和/或0.01-10重量%的式2所示的吡啶硫酮锌。
在式1中,X可以相同或不同,且至少有一个X为无机酸盐或有机酸盐;R1可以相同或不同,且为含1-20个碳原子的直链或支链烷基、苯基、氯代苯基、溴代苯基、碘代苯基、苄基、氯代苄基、溴代苄基、碘代苄基、苯乙基、萘基或氢;且n为等于或大于1的整数,例如:n=2、3、4、10、20、50、100等。优选地,X可以相同或不同,且至少有一个X选自HCl、HBr、HI、HNO3、碳酸、硫酸、磷酸、乙酸、苯甲酸、脱氢醋酸、丙酸、葡糖酸、山梨酸、富马酸、马来酸和环氧氯丙烷。优选地,所述溶剂为二甲苯、甲基乙基酮、甲基异丁基酮或其混合物。优选地,所述防污涂料组合物还含有1-50重量%的颜料,所述颜料为氧化钛、氧化锌、氧化铁或其混合物。更优选地,所述防污涂料组合物还包括占总涂料组合物1-5重量%的胶凝剂。优选地,所述防污涂料组合物还包括硅油。优选地,所述硅油为所述硅氧烷-丙烯酸树脂的2-20重量%。
发明的详细说明
通过参考以下的详细说明,可以对本发明及其各种优点有更全面的了解。
本发明的防污涂料组合物在环境和卫生方面是比较理想的,且包括式1所示的聚六亚甲基胍盐、硅氧烷-丙烯酸树脂和式2所示的吡啶硫酮锌和/或氧化亚铜(Cu2O)。
在式1中,X可以相同或不同,且至少有一个X为无机酸盐或有机酸盐。优选地,至少有一个X为HCl、HBr、HI、HNO3、碳酸、硫酸、磷酸、乙酸、苯甲酸、脱氢醋酸、丙酸、葡糖酸、山梨酸、富马酸、马来酸或环氧氯丙烷,且更优选地至少有一个X为磷酸。R1可以相同或不同,且为含1-20个碳原子的直链或支链烷基、苯基、氯代苯基、溴代苯基、碘代苯基、苄基、氯代苄基、溴代苄基、碘代苄基、苯乙基、萘基或氢,且n为等于或大于1的整数。
考虑到方便对所述聚六亚甲基胍盐进行处理(例如将所述盐与所述涂料组合物的其它组分均匀混合、易于制备所述盐、所述盐的防污性能持续时间等等),所述聚六亚甲基胍盐的分子量优选为500-20,000,更优选为800-10,000,最优选为900-5,000。可以通过公知的聚合方法制备化学式1所示的聚六亚甲基胍盐,例如通过在约180℃的温度下使胍盐与具有二元胺基团的单体发生缩聚反应来制备。式1所示的防污剂(即聚六亚甲基胍盐)易溶于水,且可接近生物体的细胞膜(其通过静电吸附力形成污垢),并与诸如磷脂酰甘油的磷脂结合。然后,所述盐通过扰乱膜结构使所述细胞膜分解,从而防止生物体附着在海洋设备上。
在本发明中,“硅氧烷-丙烯酸树脂”是指包含具有有机基团的硅氧烷(有机硅氧烷)和(甲基)丙烯酸及/或(甲基)丙烯酸酯作为组成单元的树脂。有机硅氧烷的实例包括二甲基硅氧烷或其中有机硅氧烷的甲基被烷基、芳烷基、环氧基、羧基、氨基、酰基、亚氨基、氟、氢等取代的化合物。其中,优选的是二甲基硅氧烷。(甲基)丙烯酸酯的实例包括(甲基)丙烯酸甲酯,(甲基)丙烯酸乙酯,(甲基)丙烯酸丁酯,(甲基)丙烯酸2-乙基己基酯和(甲基)丙烯酸甲氧基乙酯。硅氧烷-丙烯酸树脂中有机硅氧烷的含量为3-15重量%,优选5-13重量%,更优选7-11重量%。另外,(甲基)丙烯酸和/或(甲基)丙烯酸酯在硅氧烷-丙烯酸树脂中的含量优选为80-97重量%,更优选为82-95重量%,最好是84-93重量%。硅氧烷-丙烯酸树脂中可以含有有机硅氧烷和(甲基)丙烯酸及/或(甲基)丙烯酸酯以外的单体组成单元,其含量优选为5重量%或更少,更优选为3重量%或更少,最好是2重量%或更少。硅氧烷-丙烯酸树脂优选是有机硅氧烷和(甲基)丙烯酸及/或(甲基)丙烯酸酯的无规共聚物。硅氧烷-丙烯酸树脂的粘度可以处在该树脂通常能作为涂料的树脂组分被使用的范围内。例如,20℃的粘度优选为1-1000mm2/s,更优选为10-5000mm2/s。另外,硅氧烷-丙烯酸树脂的数均分子量可以按照为达到这样的粘度的方式来适当确定。例如,数均分子量为50至50000,优选为500至10000。硅氧烷-丙烯酸树脂可以利用常规方法,使用在上述质量范围内的单体组成单元作为原材料,通过聚合反应制备。
作为本发明的防污涂料中的硅油,可以为二甲基聚硅氧烷或改性的二甲基聚硅氧烷,后者中二甲基聚硅氧烷的一部分甲基被另一取代基取代,例如苯基、烷基、芳烷基、环氧基、羧基、氨基、酰基、亚氨基、氟或氢。其中,优选的是二甲基聚硅氧烷。硅油的粘度可以处在硅油通常作为涂料组分使用的粘度范围内。
作为硅油,可以使用市售商品。
氧化亚铜(Cu2O)以铜离子或铜盐的形式从所述涂料表面释放,并与细胞中的氨基酸或酶形成螯合物,并使细胞中的原生质凝结。其结果是,氧化亚铜阻止了附着的海洋动物或植物的繁殖,从而减少了由所述海洋动物和植物造成的污垢。因此,本发明优选的防污涂料组合物同时包括对微生物具有较好防污性能的聚六亚甲基胍盐和对海洋动物和植物具有较好防污性能的氧化亚铜,因此对各种造成所述污垢的生物具有广泛且有效的防污性能。式2所示的防污剂(即吡啶硫酮锌)的分子量为317.7,且因为吡啶硫酮锌在极性溶剂或非极性溶剂中溶解度极小,因此从所述涂料表面缓慢地释放。所释放出的吡啶硫酮锌与生物体的酶(特别是含有金属离子的酶)形成复合盐,降低所述酶的活性,并最终抑制诸如黏液的微生物的生长。
本发明的防污涂料组合物包括4-40重量%的硅氧烷-丙烯酸树脂;1-40重量%的溶剂;0.01-15重量%的式1所示的聚六亚甲基胍盐;及12-45重量%的氧化亚铜(Cu2O)和/或0.01-10重量%的式2所示的吡啶硫酮锌,还可任意地包括1%-5重量%的胶凝剂,1%-50%重量比的颜料。当本发明的防污涂料组合物包括氧化亚铜(Cu2O)时,所述涂料组合物优选包括4-40重量%的硅氧烷-丙烯酸树脂,1-30重量%的溶剂,1-12重量%的式1所示的聚六亚甲基胍盐,22-35重量%的氧化亚铜(Cu2O)和1-50重量%的颜料。可选择地,当本发明的防污涂料组合物包括吡啶硫酮锌时,所述涂料组合物优选包括10-20重量%的硅氧烷-丙烯酸树脂,20-30重量%的溶剂,总共1-20重量%的式1所示的聚六亚甲基胍盐和式2所示的吡啶硫酮锌,以及40-50重量%的颜料。在这种情况下,所述吡啶硫酮锌的量为所述聚六亚甲基胍盐重量的0.01-100倍。可选地,所述防污涂料组合物还可含有硅油。优选地,所述硅油为所述硅氧烷-丙烯酸树脂的2-20重量%,进一步优选为3-15%,特别优选为5-10%。
可用于本发明的防污组合物的溶剂包括各种能够溶解和分散所述涂料组合物的每种组分的溶剂。示例性的溶剂包括烃基溶剂或酮化合物,例如二甲苯、甲基乙基酮、甲基异丁基酮及其混合物。优选的所述溶剂的量为总涂料组合物的1-40重量%。当所述溶剂的量低于1重量%时,所述涂料组合物的粘度过度增加。当所述溶剂的量高于40重量%时,所述涂料组合物的黏附性和防污性下降。
所述式1所示的防污剂的量为总涂料组合物的0.01-15重量%,优选为2-12重量%,更优选为5-10重量%,且优选的氧化亚铜(Cu2)的量为12-45重量%,硅氧烷-丙烯酸树脂的量为4-40重量%。当所述式1所示的防污剂、硅氧烷-丙烯酸树脂和氧化亚铜的量低于上述优选的浓度时,或当只使用了所述式1所示的防污剂、硅氧烷-丙烯酸树脂和氧化亚铜其中之一或其中两种时,所述组合物的防污效力下降。当所述化学式1的防污剂、硅氧烷-丙烯酸树脂和氧化亚铜的量高于上述优选的浓度时,所述涂料组合物的物理特性和保存稳定性变差。
当使用所述式2所示的吡啶硫酮锌时,优选的所述聚六亚甲基胍盐与吡啶硫酮锌的混合物的量为总涂料组合物的1-20重量%。如果所述混合物的量低于1重量%,则所述组合物的防污效力下降,而生物体可附着在海洋设备造成污垢。如果所述混合物的量高于20重量%,则所述涂料组合物的物理特性和保存稳定性变差。优选的所述吡啶硫酮锌的量为总涂料组合物的0.01-10重量%,更优选1-9重量%,最优选2-5重量%,且优选为所述聚六亚甲基胍盐重量的0.01-100倍,更优选为0.05-50倍,最优选为0.1-10倍。当所述吡啶硫酮锌的量不在上述范围内时,不能得到所需的防污效力。
常规的颜料可以不受限制地用作本发明防污涂料组合物的颜料。示例性的颜料包括金属氧化物颜料、有机颜料及其混合物。所述金属氧化物颜料包括氧化钛、氧化锌和氧化铁。优选的所述颜料的量为总涂料组合物的1-50重量%。当所述颜料的量低于1重量%时,所述涂料组合物的颜色变差。当所述颜料的量高于50重量%时,所述涂料组合物的耐候性变差。
本发明的防污涂料组合物可包括各种常规添加剂。这类添加剂的一个例子是诸如聚酰胺蜡、膨润土、聚乙烯蜡等等的胶凝剂。优选的所述胶凝剂的量为总涂料组合物的1-5重量%。当所述胶凝剂的量低于1重量%时,所述涂料组合物的涂布操作不能有效地进行。当所述胶凝剂的量高于5重量%时,所述涂料组合物的粘度过度增加。
本发明的防污涂料组合物本身具有充分且广泛的抗微生物、抗霉和抗藻类特性。然而,本发明的防污涂料组合物可任意包括常规的抗微生物、抗霉或抗藻类试剂。示例性的常规抗微生物、抗霉或抗藻类试剂包括3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸酯、二碘甲基对甲苯砜、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-甲硫基-4-叔丁基氨基-6-环丙基氨基-s-三嗪、2-(4-氰硫基甲硫基)苯并噻唑、2,3,5,6-四氯-4-(甲磺酰基)吡啶、3-(3,4-二氯苯基)-1,1-二甲基脲、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、四氯异邻苯二甲腈、N-(氟二氯甲硫基)邻苯二甲酰亚胺、N-二氯氟甲硫基-N’,N’-二甲基-N-对甲苯磺酰胺、α-[2-(4-氯苯基)乙基]-α-(1,1-二甲基乙基)-1H-1,2,4-三唑-1-乙醇、N,N-二甲基-N’-苯基-(氟二氯甲硫基)-硫酰胺、(2-硫代吡啶-1-氧)锌、(2-硫代吡啶-1-氧)铜、银化合物及其混合物。
本发明的防污涂料组合物可通过常规的涂料制备方法制备。例如,用二甲苯和少量的酮类化合物将硅氧烷-丙烯酸树脂完全溶解。随后向其中加入颜料,并用砂磨机分散。然后将所述防污剂和添加剂加入所得的分散混合物中,并用高速分散机搅拌。对所述混合物搅拌后,向其中加入剩余的溶剂并搅拌,从而得到本发明的防污涂料组合物。
具体实施方式
为便于理解本发明,本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
将4重量%的硅氧烷-丙烯酸树脂及0.8重量%的硅油完全溶解在包括10重量%的二甲苯和13重量%的甲基异丁基酮的混合溶剂中。随后向其中加入27重量%的氧化锌,并用砂磨机分散两次。向所得的分散混合物中加入12重量%的式1所示的防污剂(聚六亚甲基胍盐,其中X=H3PO4、R1=H、n=3及MW=1020)、22重量%的氧化亚铜和3重量%的作为胶凝剂的聚酰胺蜡,并用高速分散机在1500rpm搅拌30分钟。最后,向其中加入剩余的8.2重量%的甲基异丁基酮并搅拌,得到防污涂料组合物。
实施例2
除使用40重量%的硅氧烷-丙烯酸树脂、0.8重量%的硅油、1重量%的聚六亚甲基胍盐和35重量%的氧化亚铜外,按照实施例1中所述的方法制备所述防污涂料组合物。
对比例1
将12重量%的乙烯树脂和2重量%的松脂完全溶解在包括3重量%的二甲苯和3重量%的甲基异丁基酮的混合溶剂中。随后向其中加入13重量%的氧化锌,并用砂磨机分散两次。向所得的分散混合物中加入7重量%的聚六亚甲基胍盐、50重量%的氧化亚铜和3重量%的作为胶凝剂的聚酰胺蜡,并用高速分散机在1500rpm搅拌30分钟。最后,向其中加入剩余的7重量%的甲基异丁基酮并搅拌,得到防污涂料组合物。
实施例3
将20重量%的硅氧烷-丙烯酸树脂、3重量%的硅油完全溶解在包括10重量%二甲苯和10重量%甲基异丁基酮的混合溶剂中。随后向其中加入20重量%氧化锌和20.99重量%氧化铁,并用砂磨机分散两次。向所得的分散混合物中加入由0.01重量%的式1所示的防污剂(聚六亚甲基胍盐,其中X=H3PO4、R1=H、n=3及MW=1020)和1重量%的化学式2所示的防污剂(聚六亚甲基胍盐∶吡啶硫酮锌=1∶100)构成的防污剂混合物、以及5重量%胶凝剂聚酰胺蜡,并用高速分散机在1500rpm搅拌30分钟。最后,向其中加入10重量%甲基异丁基酮并搅拌,得到防污涂料组合物。
实施例4
除了使用由10重量%的硅氧烷-丙烯酸树脂、16重量%的式1所示的防污剂和4重量%的式2所示的防污剂(聚六亚甲基胍盐∶吡啶硫酮锌=4∶1)构成的防污剂混合物外,按照实施例3中所述的方法制备所述防污涂料组合物。
对比例2
将5重量%乙烯树脂和8重量%松脂完全溶解在包括10重量%二甲苯和10重量%甲基异丁基酮的混合溶剂中。随后向其中加入27重量%氧化锌和17重量%氧化铁,并用砂磨机分散两次。向所得的分散混合物中加入由7.5%重量比的聚六亚甲基胍盐和7.5%重量比的吡啶硫酮锌构成的防污剂混合物以及3重量%胶凝剂聚酰胺蜡,并用高速分散机在1500rpm搅拌30分钟。最后,向其中加入剩余的酮化合物溶剂并搅拌,得到防污涂料组合物。
试验实施例
通过以下的方法对实施例和对比例的防污涂料组合物的防污性能进行了测定。根据KSM 5569的方法对按照韩国工业标准KSD 3501轧制的尺寸为300×300×3.2mm(宽度×长度×厚度)的钢制薄片进行喷砂处理,并用焦油乙烯树脂涂覆以防止生锈。然后将实施例和对比例的防污涂料组合物在所述钢制薄片上喷涂两遍,使涂层的干膜厚度达到150μm。对每种防污涂料组合物制备三块测试片。在75%的相对湿度和25℃的温度下对所述测试片干燥一周后,将所述测试片置于海面下一米深处。分别在12及24个月后,检测所述防污性能。计算三部分52,000mm2有效面积内的污垢面积的算术平均值,结果如表1(12个月)及表2(12个月)所示,其中所述有效面积由下列线条限定:距所述测试片顶边70mm的线、距所述测试片底边30mm的线以及分别距所述测试片的每条侧边20mm的线。
表1
表2
如表1及表2所示,本发明的防污涂料组合物与对比例的防污涂料组合物相比具有更好的防污性能。此外,式1所示的聚六亚甲基胍盐和式2所示的吡啶硫酮锌对人体和海洋环境无害,且适合作为可造成海洋环境污染的汞或有机锡化合物的替代品。因此,本发明的防污涂料组合物可用于防止诸如渔网、船只、海下设备等等的污垢。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程,但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程,即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
2.如权利要求1所述的防污涂料组合物,其特征在于,所述涂料组合物包括4-40重量%的硅氧烷-丙烯酸树脂,1-30重量%的溶剂,1-12重量%的式1所示的聚六亚甲基胍盐,22-35重量%的氧化亚铜和1-50重量%的颜料。
3.如权利要求1或2所述的防污涂料组合物,其特征在于,所述涂料组合物包括10-20重量%的硅氧烷-丙烯酸树脂,20-30重量%的溶剂,总共占1-20重量%的式1所示的聚六亚甲基胍盐和式2所示的吡啶硫酮锌,和40-50重量%的颜料,且所述吡啶硫酮锌的量为所述聚六亚甲基胍盐重量的0.01-100倍。
4.如权利要求1-3任一项所述的防污涂料组合物,其特征在于,所述防污涂料组合物还含有硅油;
优选地,所述硅油为所述硅氧烷-丙烯酸树脂的2-20重量%,进一步优选为3-15%,特别优选为5-10%;
优选地,所述硅氧烷-丙烯酸树脂中有机硅氧烷的含量为3-15质量%。
5.如权利要求1-4任一项所述的防污涂料组合物,其特征在于,X可以相同或不同,且至少有一个X选自HCl、HBr、HI、HNO3、碳酸、硫酸、磷酸、乙酸、苯甲酸、脱氢醋酸、丙酸、葡糖酸、山梨酸、富马酸、马来酸和环氧氯丙烷。
6.如权利要求1-5任一项所述的防污涂料组合物,其特征在于,所述聚六亚甲基胍盐的分子量为500-20,000。
7.如权利要求1-6任一项所述的防污涂料组合物,其特征在于,所述溶剂选自二甲苯、甲基乙基酮、甲基异丁基酮及其混合物。
8.如权利要求1-7任一项所述的防污涂料组合物,其特征在于,所述颜料选自氧化钛、氧化锌、氧化铁及其混合物。
9.如权利要求1-8任一项所述的防污涂料组合物,其特征在于,所述防污涂料组合物还包括基于总涂料组合物的1-5重量%的胶凝剂。
10.如权利要求1-9任一项所述的防污涂料组合物,其特征在于,所述防污涂料组合物还包括选自如下物质的化合物:3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸酯、二碘甲基对甲苯砜、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-甲硫基-4-叔丁基氨基-6-环丙基氨基-s-三嗪、2-(4-氰硫基甲硫基)苯并噻唑、2,3,5,6-四氯-4-(甲磺酰基)吡啶、3-(3,4-二氯苯基)-1,1-二甲基脲、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、四氯异邻苯二甲腈、N-(氟二氯甲硫基)邻苯二甲酰亚胺、N-二氯氟甲硫基-N’,N’-二甲基-N-对甲苯磺酰胺、α-(2-(4-氯苯基)乙基)-α-(1,1-二甲基乙基)-1H-1,2,4-三唑-1-乙醇、N,N-二甲基-N’-苯基-(氟二氯甲硫基)-硫酰胺、(2-硫代吡啶-1-氧)锌、(2-硫代吡啶-1-氧)铜、银化合物及其混合物;
优选地,所述防污涂料组合物不含汞或有机锡化合物。
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