CN102977706A - 一种纳米ZnO改性无毒低表面能海洋防污涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米ZnO改性无毒低表面能海洋防污涂料及其制备方法，涂料组成以下组分：有机硅改性丙烯酸树脂10～50份；纳米ZnO5～20份；混合溶剂25～40份；颜填料5～10份；助剂2～5份；其中所述混合溶剂为正丁醇、二甲苯、异丙醇、甲苯或者它们的混合物；其中所述助剂为阳离子表面活性剂、氟化钠或它们的混合物。所制得涂膜具有无毒性物质释放、符合环保的要求，并具有优异的低表面能和良好的力学性能。

Description

一种纳米ZnO改性无毒低表面能海洋防污涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种防污涂料，特别涉及一种纳米改性的无毒低表面能海洋防污涂料及其制备方法。

背景技术

船舶表面附着海洋生物后，不仅会使船舶的航速降低，操控性下降，燃油消耗量增加；而且还会使船舶、海水淡化设备及水下设施等的腐蚀程度加剧，使用寿命显著缩短。为了降低海洋生物附着的危害，防止海洋生物对船舶的污损，人们研究了多种防污技术，如电解海水防污、超声波防污、生物酶防污、低表面能防污和涂装防污漆防污等，而在海洋结构物表面涂装防污涂料是解决污损问题的既经济又高效的重要途径。

在过去的几十年中，含有机锡的防污漆曾被大量使用。有机锡在低浓度下可以达到广谱、高效的防污目的，但由于这些物质在水中稳定且会积累，可引起一些生物体畸形，还有可能进入食物链，成为影响人类健康和生态的安全隐患。因此，国际海事组织(IMO)所属的海洋环境保护委员会(MEPC)规定了含有机锡的防污漆最终使用期限为2008年1月1日。鉴于此，各国都在积极研发无毒防污剂和不含有机锡的环保防污涂料。

20世纪70年代以来，各国的研究人员就开始致力于低表面能涂料的研究。人们通常将表面能< 100mN/m²的有机聚合物或蜡的表面称为“低表面能表面”。由于海洋生物对舰船表面的附着通常是以化学键合、静电作用、机械联锁、扩散等方式进行的，而污损物从涂料表面则是以剥离、平面剪切、非平面剪切等方式脱落。其中,剥离脱落所需要的能量较小。因此低表面能防污涂料作用机理就在于利用涂层较低的表面张力，使污损生物与涂料的涂膜表面浸润性差，接触角小， 从而难以附着或附着不牢，此类涂料的涂膜表面弹性模量较低，从而使粘附脱落倾向于剥离脱落方式。目前研究较为成熟的低表面能涂料有2类: 一类是氟化物系列低表面能防污涂料，另一类是有机硅系列低表面能防污涂料。

由于氟聚合物成本较高，有机硅系列化合物(包括硅氧烷树脂、有机硅橡胶) 及其改性物质等作为低表面能防污涂料也日益受到人们的重视。有机硅化合物的憎水性使其表面张力低，结构稳定。在海水中长期浸泡，结构的变化也很小，而硅树脂的弹性也可防止海洋生物的附着。目前，含硅的低表面能防污涂料的研究方向应为利用有机-无机复合技术开发出具有低表面能特性及其他特性(如自抛光性)的防污涂料。

发明内容

本发明的目的之一是针对以上现有技术的缺陷，提出一种具有无毒性物质释放、符合环保的要求，并具有优异的低表面能和良好的力学性能的海洋船舶防污涂料。

本发明的目的之二是提供上述防污涂料的制备方法。

为了实现以上的发明目的，本发明采用以下技术方案：一种纳米ZnO改性无毒低表面能海洋防污涂料，包括以下组分：有机硅改性丙烯酸树脂10～50份；纳米ZnO 5～20份；混合溶剂25～40份；颜填料5～10份；助剂2～5份；其中所述混合溶剂为正丁醇、二甲苯、异丙醇、甲苯或者它们的混合物；其中所述助剂为阳离子表面活性剂、氟化钠或它们的混合物。

根据以上配方制备制备本发明纳米ZnO改性无毒低表面能海洋防污涂料的方法，包括以下步骤：

（1）    在分散机中加入混合溶剂和有机硅改性丙烯酸树脂，搅拌30min；

（2）    ZnO研磨过100目筛后加入分散机中，搅拌30min；

（3）    加入颜填料，在2000r/min的速度下分散2h后加入助剂，再搅拌1h，过滤出料。

纳米材料因其具有粒径小、比表面积大、粒子微孔多以及吸附能力强等特性， 对提高涂料的悬浮稳定性及涂层与基材之间的结合力等方面有明显作用，可显著提高涂膜的致密性、表面平整度和耐洗刷性；降低涂抹表面的表面能。纳米ZnO 的粒径介于1～100nm，又称为超微细ZnO。由于颗粒尺寸的细微化，比表面积急剧增加，使得纳米ZnO 产生了其本体块状物料所不具备的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。

本发明的有益效果在于：涂膜具有无毒性物质释放、符合环保的要求，并具有优异的低表面能和良好的力学性能。

具体实施方式

    下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一：

有机硅改性丙烯酸树脂30份；纳米ZnO 10份；正丁醇15份、二甲苯15份；颜填料5份；阳离子表面活性剂2份。

实施例二：

有机硅改性丙烯酸树脂50份；纳米ZnO 15份；异丙醇15份、二甲苯15份；颜填料10份；阳离子表面活性剂5份。

实施例三：

有机硅改性丙烯酸树脂10份；纳米ZnO 5份；甲苯10份、正丁醇15份；颜填料5份；氟化钠3份。

实施例四：

有机硅改性丙烯酸树脂40份；纳米ZnO 20份；甲苯20份、异丙醇20份；颜填料7份；氟化钠3份、阳离子表面活性剂2份。

根据以上配方制备制备本发明纳米ZnO改性无毒低表面能海洋防污涂料的方法，包括以下步骤：

（1）在分散机中加入混合溶剂和有机硅改性丙烯酸树脂，搅拌30min；

（2）ZnO研磨过100目筛后加入分散机中，搅拌30min；

（3）加入颜填料，在2000r/min的速度下分散2h后加入助剂，再搅拌1h，过滤出料。

性能检测：

（1）涂膜附着力：使用湿膜制备器制备膜厚为50μm的标准检测样板，参照GB 1720-79漆膜附着力测定法检测；

（2）涂膜耐冲击强度：参照GB 1732-79漆膜耐冲击强度测定法检测；

（3）涂膜硬度：参照GB 6739-79漆膜硬度铅笔测定法测定；

（4）涂膜柔韧性：参照GB 1731-79漆膜韧性测定法检测涂料漆膜的；

（5）接触角：用GS-X150 型接触角检测仪对涂膜与水的接触角进行检测。

测试结果：

涂膜的常规性能测试结果见表1：

表1纳米ZnO改性无毒低表面能海洋防污涂料常规性能测试结果

性能	测试结果	测试标准
			附着力/级	1	GB 1720-79
冲击强度/（N·cm）	〉600	GB 1732-79
			细度/μm	8	GB 1724-79（89）
韧性/mm	1	GB 1731-93
			接触角/（°）	140
铅笔硬度	B-H	GB 6739-86

从测试结果可以看出涂膜的性能符合海洋船舶用涂料的基本要求，且涂膜与液体的接触角较佳，可达到140°，是一种性能良好的无毒低表面能海洋防污涂料。

    除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种纳米ZnO改性无毒低表面能海洋防污涂料，其特征在于包括以下组分：

有机硅改性丙烯酸树脂  10～50份；

纳米ZnO 5～20份；

混合溶剂   25～40份；

颜填料     5～10份；

助剂      2～5份；

其中所述混合溶剂为正丁醇、二甲苯、异丙醇、甲苯或者它们的混合物；

其中所述助剂为阳离子表面活性剂、氟化钠或它们的混合物。

2.根据权利要求1所述的纳米ZnO改性无毒低表面能海洋防污涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）在分散机中加入混合溶剂和有机硅改性丙烯酸树脂，搅拌30min；

（2）ZnO研磨过100目筛后加入分散机中搅拌30min；

（3）加入颜填料，在2000r/min的速度下分散2h后加入助剂，再搅拌1h，过滤出料。