CN106366882B - 一种具有减阻功能的柔性自抛光防污涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种具有减阻功能的柔性自抛光防污涂料，涉及船舶防污涂料技术领域，按质量分数计，所述防污涂料的组成如下：丙烯酸锌树脂10~15%、高分子减阻剂10~20%、氧化亚铜35~45%、氧化锌10~20%、辅助防污剂5~10%、颜料0.25~0.5%、触变剂1~2%、溶剂10~20%，所述高分子减阻剂为聚乙二醇或聚丙二醇或两者的混合。本发明的防污涂料是通过分散工艺将各原料混合均匀即制得的。本发明的防污涂料采用可水解的柔性丙烯酸锌树脂作为树脂基料，并在防污涂料中添加亲水性高分子减阻剂，从而能够降低涂层表面粗糙度，减少船舶航行阻力。

Description

一种具有减阻功能的柔性自抛光防污涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及船舶防污涂料技术领域，具体涉及一种具有减阻功能的柔性自抛光防污涂料及其制备方法。

背景技术

船舶阻力主要包括兴波阻力、压差阻力和摩擦阻力。在一定的设计速度下，选择适当的物体长度可以减小兴波阻力，通过把物体的外形设计成流线型可以减小压差阻力。当船体形状一旦确定，摩擦阻力就成为阻力来源的主要方面，摩擦阻力主要来源于物体与周围流体之间的相互作用力，对物体的运动速度或能耗会产生较大的影响，减小摩擦阻力对提高物体的运动速度和降低能耗具有非常重要的意义。船舶表面磨擦阻力大小与船舶防污涂料类型息息相关，其原因为：随着杀生剂的释放，防污涂层表面会形成较为粗糙的树脂骨架结构，导致涂层表面粗糙，增加船舶表面磨擦阻力。

针对该问题，国内外已有相关的研究报道。国际油漆开发的采用丙烯酸硅烷聚合物或丙烯酸铜聚合物为树脂基料的自抛光防污漆，具有表面光滑、低磨擦的特性，适合应用于远洋船舶等船型，如Intersmooth 7465Si、Intersmooth 7465HS；佐敦涂料开发的低表面能有机硅防污漆SeaLion repulse，通过在涂层表面接枝长分子疏水链段，得到类似毛刷状结构，其在减少污损物附着的同时，可有效减小水流对表面的摩擦阻力。专利号CN104974631 A和CN 103897092 A的两篇专利分别介绍了丙烯酸锌树脂自抛光减阻防污涂料的制备方法，其防污涂料主要是通过控制树脂的水解速率来控制表面粗糙度，以达到减阻目的，但是专利中并未对防污涂料的减阻效果进行介绍。

目前大多数防污涂料主要通过控制涂层的自抛光速率来实现降阻的目的，但是涂料自抛光速率受水流冲刷作用明显，表面粗糙度受环境影响巨大，单纯通过树脂基料的抛光作用实现降阻有一定的局限性。而通过在防污涂料中添加减阻剂可大幅度提高涂层的降阻性能。减阻剂是一种能够减小流体流动时内摩擦的添加剂，主要为高分子聚合物，由于高分子链自身的粘弹性，其大分子链能够顺着流体的运动方向拉伸，相应大分子链之间的作用力会减弱流体微单元作用于减阻剂分子微单元上的径向作用力，从而改变了流体的作用力大小和方向，进而在宏观上改变了流体的黏滞特性，减小了流体的摩擦阻力。但目前，降阻剂在石油管道运输中应用较多，在防污涂料中的应用还较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有减阻功能的柔性自抛光防污涂料，降低涂层表面粗糙度，减少船舶航行阻力，实现节能减阻。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种具有减阻功能的柔性自抛光防污涂料，按质量分数计，其组成如下：丙烯酸锌树脂10~15%、高分子减阻剂10~20%、氧化亚铜35~45%、氧化锌10~20%、辅助防污剂5~10%、颜料0.25~0.5%、触变剂1~2%、溶剂10~20%，所述高分子减阻剂为聚乙二醇或聚丙二醇或两者的混合。

所述丙烯酸锌树脂的结构式如下：

其中，R₁代表H或CH₃，R代表H、CH₃、C₄H₉中的任一种，n代表1~19中的任一整数。

所述的丙烯酸锌树脂为柔性丙烯酸锌聚合物，采用两步法合成。先合成侧链含羧基的丙烯酸预聚物，后在氧化锌的作用下与小分子一元有机酸进行脱水反应而成。通过控制预聚物合成过程中单体配比调节树脂玻璃化转变温度，通过控制羧基含量、锌接枝率、小分子酸种类调节树脂自抛光速率。

所述的丙烯酸锌树脂合成过程中侧链接枝所用一元有机酸为乙酸、丁酸、己酸、辛酸、癸酸、月桂酸等脂肪族酸中的一种或几种。所合成丙烯酸锌树脂相对于常规的松香接枝型丙烯酸锌树脂具有更好的柔韧性，制备的防污涂料具有更加优异的抗起泡、抗开裂性能。且自抛光速率可根据侧链链段长度进行调节，可有效减小释出层厚度，降低涂层表面粗糙度，从而减小与水流的摩擦阻力，起到降阻作用。

所述的高分子减阻剂的结构通式为：

其中，R代表CH₃或H。

所述的高分子减阻剂为聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇800、聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000、聚丙二醇200、聚丙二醇400、聚丙二醇600、聚丙二醇800、聚丙二醇1000、聚丙二醇2000、聚丙二醇4000、聚丙二醇6000中的一种或几种的组合。

所述的氧化亚铜为粒径小于2.5μm的电解型氧化亚铜。

所述的氧化锌为一级氧化锌或冶炼氧化锌。

所述的辅助防污剂为代森锌、代森锰锌、草甘膦、ECONEA、吡啶硫酮铜、吡啶硫酮锌、三氯苯基马来酰亚胺、百菌清、环烷酸铜、硫氰酸亚铜中的一种或几种的组合。

所述的颜料为炭黑浆、铁红、甲苯胺红浆和酞青蓝中的一种或几种的组合。

所述的触变剂为聚酰胺蜡、有机膨润土和气相二氧化硅中的一种或几种的组合。

所述的溶剂为二甲苯、正丁醇、醋酸丁酯、煤焦油、环己酮、异丁醇、异丙醇、醋酸甲酯、醋酸异戊酯的一种或几种的组合。

本发明的一种具有减阻功能的柔性自抛光防污涂料，其是通过分散工艺将各原料混合均匀即制得的，且各原料的细度达80μm以下。制备方法具体可采用球磨法或者砂磨法。

球磨法制备本发明涂料的步骤如下：

（1）、按所述质量配比称取各原料，备用；

（2）、将丙烯酸锌树脂、高分子减阻剂、氧化亚铜、氧化锌、辅助防污剂、颜料和溶剂依次加入到分散罐中，球磨，直至原料细度达到80μm以下；

（3）、将触变剂添加到分散罐中，继续球磨，直至各原料分散均匀，过滤出料即可。

砂磨法制备本发明涂料的步骤如下：

（1）、按所述质量配比称取各原料，备用；

（2）、将丙烯酸锌树脂、高分子减阻剂、氧化锌、辅助防污剂、颜料和溶剂依次加入到分散罐中，并添加石英砂作为砂磨粒子，砂磨分散，直至原料细度达到80μm以下；

（3）、将氧化亚铜添加至分散罐中，砂磨分散，直至原料细度达到80μm以下；

（4）、将触变剂添加到分散罐中，继续砂磨分散，直至各原料分散均匀，过滤出料即可。

有益效果：

本发明采用可水解的柔性丙烯酸锌树脂作为树脂基料，并在防污涂料中添加亲水性高分子减阻剂。一方面利用丙烯酸锌树脂的水解特性实现涂层自抛光，减小释出层厚度，降低涂层表面粗糙度；另一方面利用减阻剂的亲水性和长分子链结构，改变流体边界层运动状态，降低湍流层厚度，减小流体对船体的剪切摩擦阻力。本发明的涂料可应用于新造、修造的近海及远洋船舶等，具有良好的应用前景。

将本发明所制备的柔性减阻防污涂料与污损释放型低表面能防污涂料、常规自抛光防污涂料进行减阻性能对比试验。试验结果证明：随着测试时间的增加，本发明的防污涂料的阻力逐渐减小，且阻力值相对另外两种防污漆更低，说明本发明的防污涂料具有更加优异的减阻效果。

将本发明制备的防污涂料在厦门大离埔屿进行浅海挂板试验，考察其综合防污性能。浅海挂板照片显示：本发明制备的防污涂料浅海挂板一年，表面无任何污损生物附着，浅海挂板两年，只有少量的藻类附着，说明本防污涂料具有较好的防污性能。

附图说明

图1为500rpm转速条件下不同样品阻力变化图；

图2为1000rpm转速条件下不同样品阻力变化图；

图中，SF-100为本发明的防污漆；839为常规自抛光防污漆；Si-007为污损释放型防污漆。

具体实施方式

下面列举三个具体实施例，实施例1、实施例2和实施例3的涂料配方见下表1：

以实施例1的配方为例，下面详细说明本发明涂料的制备方法：

球磨法：按所述质量份数配比称取各原材料，将丙烯酸锌树脂、聚乙二醇1000、电解型氧化亚铜、冶炼氧化锌、百菌清、甲苯胺红浆、二甲苯和正丁醇，按照上述次序加入到分散罐中，球磨24h，直至原料细度达到80μm以下；再将聚酰胺蜡添加到分散罐中，继续球磨24h，检查聚酰胺蜡是否分散均匀，若分散均匀，则可过滤出料；反之则继续球磨直至分散均匀。

砂磨分散法：按所述质量份数配比称取各原材料，将丙烯酸锌树脂、聚乙二醇1000、冶炼氧化锌、百菌清、甲苯胺红浆、二甲苯和正丁醇，按照上述次序加入到分散罐中，添加原材料总重30~40%的石英砂作为砂磨粒子，砂磨分散2h，直至原料细度达到80μm以下；添加电解型氧化亚铜至分散罐中，砂磨分散20min，直至原料细度达到80μm以下；再将聚酰胺蜡添加到分散罐中，继续分散30min，检查聚酰胺蜡是否分散均匀，若分散均匀，则可过滤出料；反之则继续球磨直至分散均匀。

本发明制备的防污涂料的减阻性能和防污性能测试方法及结果如下：

（1）、防污涂料的减阻性能

将本发明所制备的柔性减阻防污涂料与污损释放型低表面能防污涂料和常规自抛光防污涂料进行减阻性能对比试验。试验方法：将涂料均匀涂覆在测试圆筒上，在25℃的条件下进行海水冲刷试验，控制转筒转速，以10天为1个周期进行试验，期间依照航停比1:1的要求，运行1天，停1天。一个试验周期后，将圆筒试样取出，装入阻力测试试验箱进行摩擦阻力测试，试验结果见附图1和附图2。

从图1和图2可以看出：随着测试周期的增加，本发明防污涂料的阻力逐渐减小，且阻力值相对另外两种防污漆更低，说明本发明制备的防污涂料具有更优异的减阻效果。

（2）、防污涂料防污性能

将本发明制备的防污涂料在厦门大离埔屿进行浅海挂板试验，考察其综合防污性能。

其浅海挂板照片表示：本发明制备的防污涂料浅海挂板一年，表面无任何污损生物附着，浅海挂板两年，只有少量的藻类附着，说明本防污涂料具有较好的防污性能。

Claims (8)

1.一种具有减阻功能的柔性自抛光防污涂料，其特征在于：按质量分数计，其组成如下：丙烯酸锌树脂10~15%、高分子减阻剂10~20%、氧化亚铜35~45%、氧化锌10~20%、辅助防污剂5~10%、颜料0.25~0.5%、触变剂1~2%、溶剂10~20%，所述高分子减阻剂为聚乙二醇或聚丙二醇或两者的混合；所述丙烯酸锌树脂的结构式如下：

其中， R₁代表H或CH₃，R代表H、CH₃、C₄H₉中的任一种，n代表1~19中的任一整数。

2.如权利要求1所述的一种具有减阻功能的柔性自抛光防污涂料，其特征在于：所述的氧化亚铜为粒径小于2.5μm的电解型氧化亚铜。

3.如权利要求1所述的一种具有减阻功能的柔性自抛光防污涂料，其特征在于：所述的辅助防污剂为代森锌、代森锰锌、草甘膦、ECONEA、吡啶硫酮铜、吡啶硫酮锌、三氯苯基马来酰亚胺、百菌清、环烷酸铜、硫氰酸亚铜中的一种或几种的组合。

4.如权利要求1所述的一种具有减阻功能的柔性自抛光防污涂料，其特征在于：所述的颜料为炭黑浆、铁红、甲苯胺红浆和酞青蓝中的一种或几种的组合。

5.如权利要求1所述的一种具有减阻功能的柔性自抛光防污涂料，其特征在于：所述的触变剂为聚酰胺蜡、有机膨润土和气相二氧化硅中的一种或几种的组合。

6.如权利要求1所述的一种具有减阻功能的柔性自抛光防污涂料，其特征在于：所述的溶剂为二甲苯、正丁醇、醋酸丁酯、煤焦油、环己酮、异丁醇、异丙醇、醋酸甲酯、醋酸异戊酯的一种或几种的组合。

7.如权利要求1~ 6 任一项所述的一种具有减阻功能的柔性自抛光防污涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）、按所述质量配比称取各原料，备用；

（2）、将丙烯酸锌树脂、高分子减阻剂、氧化亚铜、氧化锌、辅助防污剂、颜料和溶剂依次加入到分散罐中，球磨，直至原料细度达到80μm以下；

（3）、将触变剂添加到分散罐中，继续球磨，直至各原料分散均匀，过滤出料即可。

8.如权利要求1~7任一项所述的一种具有减阻功能的柔性自抛光防污涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）、按所述质量配比称取各原料，备用；

（2）、将丙烯酸锌树脂、高分子减阻剂、氧化锌、辅助防污剂、颜料和溶剂依次加入到分散罐中，并添加石英砂作为砂磨粒子，砂磨分散，直至原料细度达到80μm以下；

（3）、将氧化亚铜添加至分散罐中，砂磨分散，直至原料细度达到80μm以下；

（4）、将触变剂添加到分散罐中，继续砂磨分散，直至各原料分散均匀，过滤出料即可。