CN108026395A - 浸水构造物的防污涂料及涂漆方法 - Google Patents

浸水构造物的防污涂料及涂漆方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种浸水构造物的防污涂料及涂漆方法，更详细而言，涉及包含有环氧树脂粘合剂、用于控制海洋生物附着的功能性添加剂、粘合剂硬化剂以及助剂的浸水构造物的防污涂料及涂漆方法。本发明的涂料及涂漆方法相比现有的使用溶解型杀生物剂的防污涂料使用寿命长，相比由表面粗糙度改善而控制海洋生物附着的防污涂料具有改进的粘合性和耐磨性。另外，本发明的防污涂料不仅发挥防污涂料中含有的成分的功能，而且根据涂漆方法发挥更加出色的防污性能，本发明的涂漆方法是为了形成能够改善表面粗糙系数的均匀的涂膜而以不流入空气的方式进行涂漆，以防止进入冷凝水或杂质，在进行用于维护现有设备的涂漆时，只要更换防污涂料的成分的硬化剂即可在水下直接涂漆而不需要拆卸设备。水下涂漆的方法是使用附着有压力式涂料储罐、涂刷、连接管及刷子的能够控制涂料流入的水下涂漆装置在水下进行涂漆。

Description

浸水构造物的防污涂料及涂漆方法
技术领域
本发明涉及一种浸水构造物的防污涂料及涂漆方法。
背景技术
火力发电厂或钢铁厂等需要获得大规模的水资源的工业为了获得经济用水建设在沿海地区，用于流入及流出用水的管道以几公里的单位安装在沿海水域中，因此，为了防止由海洋生物污染导致的材料腐蚀和摩擦阻力造成的损失，管理成本非常高。另一方面，在长时间航行的情况下，船底被淹没，导致海洋生物的附着，由于摩擦引起的阻力增加导致运行速度降低，或能源损失的问题不断发生。据了解，在船舶上，在淹没区域6个月内会产生150kg/m2的污垢，这种污垢会导致水力摩擦系数增加(运动阻力增加)，导致燃油消耗增加约40％以上，因此仅考虑油轮时，每年约产生72,000吨的燃料消耗，每年产生约210,000吨二氧化碳和5600,000吨二氧化硫，从而导致环境污染。
为了控制海洋浸水设备的生物污染，已开发了各种基于功能性涂料的技术，但自2003年1月以来，具有代表性的防污功能成分的三丁基锡(TBT)考虑到环境污染，在国际海洋机构(IMO)限制使用含有TBT化合物的防污涂料，过去10年来环保防污涂料替代技术的市场迅速扩大。
代替含有TBT的作为海洋生态系统干扰性环境物质的防污涂料的现有技术有，通过在涂料中添加具有杀菌剂功能的添加剂(例如ZnO或CuO)而连续地释放添加剂，从而具有防污功能(图1)，通过使用改进有机硅等疏水性材料的涂料调整表面张力，从而进行防污处理(图2)。
然而，在电子的情况下，由于低粘合强度导致的不均匀剥离现象，若发生维护问题及污垢，则涂漆表面的渗透进行到材料的内侧发生腐蚀现象，即使通过维护定期清除污染，也必须补偿污染部位，并且由于开始时的疏水性，结垢的发生相对延迟，但当发生结垢时，结垢性能与一般涂漆涂料的结垢性能相同削弱防污性能。
作为防止生物污损(污染)的现有技术的例在韩国公开专利第2008-0047589号公开了一种防污涂漆组合物，具体地公开了将含有锌、铜及银等金属离子金属盐或含有禁止使用的TBT系的选自甲基丙烯酸三丁基锡共聚物、三丁基锡氧化物及其组合构成的群中的多种杀藻剂与有机介质组合的涉及杀生物剂功能的防污涂料的船舶防污涂料组合物相关的技术，作为除TBT的防污涂料及涂漆技术的例，在韩国公开专利第2008-0041252号公开了一种施加热塑性涂料的方法，包括将热塑性涂料施加到金属介质的表面上并在介质的表面上层压粘结涂漆的步骤与在层压粘结涂漆上层压热塑性材料的涂漆的步骤，其中使用基于环氧树脂的粘结涂漆作为粘合剂并且使用聚酰胺作为硬化剂以提供清洁的表面，韩国专利第1489640号公开了一种海洋钢结构用防腐复合防污涂料，在船舶或海上结构等基材表面上涂漆含有Zn-Al-Zr的金属喷涂漆和有机/无机混合层的复合涂漆，从而通过防止海洋生物粘附实现防污和低摩擦阻力的技术。
然而，基于杀生物剂功能的现有防污机理是一种自我研磨型防污漆，并且由于涂膜随着时间流逝而损失，耐久性非常低，因此需要不时地进行维护，存在各种维护成本增加的问题，另一种防污技术是利用涂料的疏水特性作为防污功能而不是杀生物剂功能的涂料，因此对海洋生态系统的影响小并且耐久性相对较强。然而，由于除了如船舶之类的钢材之外的其他材料(例如混凝土或木材)的涂漆应用以及涂漆材料和粘合剂之间的粘合强度的限制，需要完善功能。
为了解决因浸水构造物的污染而引起的问题，人们进行了各种尝试，但未对本发明的浸水构造物的防污涂料及涂漆方法进行说明。
发明内容
要解决的技术问题
本发明是鉴于所述诸多问题而提出的，其目的在于，提供一种浸水构造物的防污涂料及涂漆方法，本发明的涂漆防污涂料的防污涂膜形成产品与现有产品相比不容易结垢，并且即使在产生污垢时也能够容易地从产品表面剥离附着的生物，并且对涂膜的基材具有优异的粘附性，并且与现有产品相比耐磨性提高，从而完成了本发明。
技术方案
为了实现所述目的，本发明提供了一种包含环氧树脂粘合剂、用于控制海洋生物附着的功能性添加剂、粘合剂硬化剂及助剂的在水浸构造物或船体外部的防污涂料。
本发明提供一种水浸构造物或船体外部的防污涂漆方法，其特征在于，包括：(a)以喷嘴直径为0.019-0.029英寸，喷射压力为70-200kg/cm2的条件下，在10-20℃利用无空气机械压喷涂方法将环氧涂料涂漆在基材进行底涂漆的步骤；
(b)在步骤(a)的底涂步骤之后干燥6至8小时的步骤；以及
(c)在步骤(b)之后使用本发明的防污涂料来进行顶涂漆步骤。
并且，本发明提供一种通过本发明的涂漆方法来涂漆的浸水构造物或船体外部。
有益效果
本发明涉及一种浸水构造物的防污涂料及涂漆方法，其中本发明的防污涂料是环保的，并且不易引起生物污垢，由于可以很容易地剥离，使得很容易去除污垢，并且可以保持基材表面的清洁。
另外，通过浸水构造物的维护工作有效地去除基材内面的污垢，使得即便剥离附着的生物，浸水构造物的表面能够保持初始表面特性，从而可以延长浸水构造物的使用寿命，最大限度地减少维护管理费用。
附图说明
图1是示出现有的杀生物剂功能防污涂料的作用机理的图。
图2是示出现有的疏水性表面改进功能性防污涂料的作用机理的图。A，B，C是示出当基材的表面张力降低时水颗粒形状的球形比率与随着基材接触角θ增加粘合表面的减少。
图3是自动涂漆装置的示意图。
图4是示出根据涂漆样品浸泡在海水中经过时间的防污测试结果。
图5是示出用于浸水涂漆的压力涂料供给刷的图。
图6是浸水涂漆作业的示意图。
具体实施方式
本发明涉及包含环氧树脂粘合剂、用于控制海洋生物附着的功能性添加剂、粘合剂硬化剂及助剂的在水浸构造物或船体外部的防污涂料，优选地，涉及包含55至65重量％的环氧树脂粘合剂、3至25重量％的用于控制海洋生物附着的功能性添加剂、5至10重量％的粘合剂硬化剂以及0.5至2.0重量％的助剂的在水浸构造物或船体外部的防污涂料。用于控制所述海洋生物附着的功能性添加剂优选为选自氟蜡及聚乙烯珠粒粉末中的至少一种，所述氟蜡优选地聚四氟乙烯(PTFE)-改性的聚乙烯蜡，但不限于此。
所述环氧树脂粘合剂优选为双酚A型或F型环氧树脂系粘合剂，所述粘合剂硬化剂优选为三亚乙基四胺(TETA)或胺值为300-400的曼尼希碱，但不限于此，所述三亚乙基四胺硬化剂用于常规的大气条件的外部(暴露)涂漆，并且胺值为300至400的曼尼希碱硬化剂用于水下涂漆，但不限于此。
所述助剂是一种涂料助剂，能使防污涂料的各组分保持物理性能，并在同一相中保持简单的物理混合状态而不是化学结合，助剂可以是分散剂和消泡剂，作为分散剂的优选的一例有作为商品提供的BYK P-104S，作为消泡剂的优选的一例有BYK-065，但不限于此。
构成所述浸水构造物的材料或船体外部作为防污材料的基材优选由选自铁、混凝土、木材及FRP(纤维增强塑料)中的任何一种材料制成，但不限于此。与使用现有的类似功能性防污涂料的情况相比，本发明的所述浸水构造物或船体外部的防污涂料具有提高与基材的粘合力及涂漆的耐磨性的效果。作为现有的类似功能性防污涂料的例，可以使用环氧树脂粘合剂，但不限于此。
本发明提供一种水浸构造物或船体外部的防污涂漆方法，其特征在于，包括：(a)以喷嘴直径为0.019-0.029英寸，喷射压力为70-200kg/cm2的条件下，在10-20℃利用无空气机械压喷涂方法将环氧涂料涂漆在基材进行底涂漆的步骤；
(b)在步骤(a)的底涂步骤之后干燥6至8小时的步骤；以及
(c)在步骤(b)之后使用本发明的防污涂料来顶涂漆步骤。
在上述涂漆方法中，为了增强防污涂料与基材之间的粘合性，将环氧涂料底涂并将本发明的防污涂料进行顶涂，由此提供优异的防污性能和延长使用寿命的的防污处理。
表1示出根据本发明的防污涂料的标准混合组成比的例，预涂在基材上的环氧底涂和用于粘合防污功能组分的基底粘合剂树脂是将具有出色粘合力的双酚A型或F型环氧树脂与能够在室温下固化的胺系硬化剂一起组合制成的。
根据基材的功能或重要性，由所述涂漆形成的涂漆的优选厚度为150～300μm，但并不限于此可以根据目的调整。然而，当涂漆厚度小于150μm时，底涂漆可能会出现剥离现象，当厚度超过300μm时，不仅厚度过于厚而且也很难均匀涂漆。
所述喷涂装置优选为控制涂漆厚度的同时随着基材自动喷涂的装置，但不限于此。
使用由表1的组合物混合的防污涂料来实现防污功能的涂料可以根据基材的材料和管理寿命的要求通过手动刷进行，但为了实现根据本发明的防污功能，优选通过使用如图3所示的自动涂漆设备或现有的自动控制喷涂装置对外部进行涂漆以进行致密涂漆，但不限于此。
表1中记载的防止海洋生物附着的聚乙烯珠粒粉末可以单独使用，或者作为功能性添加剂添加氧化铜(CuO)、氟蜡或填充剂(CaCO3)来使用，并且当添加所述氟蜡或填充剂(CaCO3)时，可适当控制聚乙烯珠粒粉末的含量。
也可以添加基于氟蜡(PTFE-Modified Polyethylene Wax)的聚乙烯珠粒粉末作为功能性添加剂。
根据本发明的涂漆方法是新生产产品的生产过程中的外部(暴露)涂漆方法和水下涂漆方法，水下涂漆方法将现有的浸泡状态的结构从基材中分离后进行维修涂漆的现有方式的现场方式(暴露)涂漆以及直接以淹没状态涂漆的原位方式的涂漆。
【表1】根据本发明的防污涂料的组合物含量
本发明的水下涂漆意味着在浸水条件下进行涂漆，与将上述暴露涂漆应用于相对湿度为85％以内的室外空气条件的情况不同，由于水下涂漆是对于通常设施的涂漆及维护的情况，因此现有防污涂漆表面的附着力非常低。因此，优选通过喷砂等去除砂或不需要的沉积物以使表面均匀化至约50至100μm的厚度，然后进行涂漆，但是本发明不限于此。防污涂漆是水下涂漆时，如图6所示，使用附着有压力式涂料储罐、涂刷、连接管及刷子的能够自动控制涂料流入的水下涂漆装置，但不限于此。
本发明的涂漆方法的例为当基材是新产品时，以暴露涂漆方式执行，此时，与现有的防污涂漆相同的方式向基材底涂漆与涂布防污功能涂料的顶涂漆的步骤来执行，如图3所示，自动涂漆是通过安装在自动涂漆装置上的基材的活动式喷嘴进行的，考虑到在本发明中使用的防污功能性涂料的组成，向底涂漆预涂环氧涂料以提高与防污涂料的粘合性。用于执行防污功能的顶涂漆在10至20℃下底涂漆后干燥至少5小时，并且将图3中所示的涂料储罐替换为防污涂料并且使用移动式涂漆系统来执行涂漆，为了防止可能影响涂漆表面粗糙系数的气泡或杂质的流入，喷射泵通过使用机械压无空气喷射进行喷涂。
水下涂漆由图5所示的水下涂刷来进行，更具体而言，水下涂漆作业者将通过涂料输送压力线缆供给的防污涂料用手抓住后执行水下涂漆，随着滚筒的移动水下涂刷会旋转，并且连接的旋转传感器动作，从而通过旋转传感器线缆接收的信号涂料通过涂料输送压力线缆自动地供给，从而可以防止由于在水下作用过程中可能发生的涂料损失而造成的损失，并且有效地执行涂漆工作。
通过多种实验在暴露条件下能最小化涂膜的粗糙系数的最有效的最佳喷涂条件是在15℃的喷射温度下喷嘴直径为0.019至0.029inch，注射压力为70至200kg/cm2(996至2,845psi)。顶涂漆涂膜最适合的厚度为通过一次性自动涂漆方式实现的150μm的厚度，干燥厚度应该以至少150μm的厚度涂布，顶涂漆不会从基材或底涂漆脱离，并且根据基材的功能和重要性以200μm至300μm的厚度进行涂布。当涂膜厚度超过150μm时，涂膜应进行两次涂膜处理，此时涂膜应在15℃下干燥6小时以上，然后再进行第二次涂膜，才能形成最稳定的涂膜。
本发明涉及用本发明的涂漆方法涂漆的浸水构造物或船体外部。
以下，将参考实施例更详细地描述本发明。对于本领域技术人员来说实施例仅用于更加具体地说明本发明，本发明并不被所述实施例而限定是明确的。
实施例1根据本发明的现有产品的涂膜和根据本发明的防污涂膜的物理性的附着强度和耐磨度的比较试验
对现有产品1及2的涂膜和根据本发明的防污涂膜的物理性的附着强度和耐磨度进行比较试验。根据ASTM-D4541Dolly测试方法在涂漆的样品上进行附着力测试，并且根据ASTM-D4060-10测试耐磨度。实施例1的对比试验结果如表2所示，本发明的防污涂料的粘合强度约1120psi，现有产品1的约3.7倍，现有产品2的约3.8倍。本发明的防污涂料的耐磨度为17mg，现有产品1的约37％，现有产品2的约31％，证实粘合性和耐磨度大大增强的物理性质。
【表2】防污涂膜的物理性对比试验结果
现有产品1 现有产品2 开发产品
粘合力psi(kg/cm2) 305(21.4) 290(20.4) 1120(78.7)
磨损度mg 45 55 17
实施例2：将底涂漆150μm，顶涂漆100μm或300μm的厚度来涂漆的铁材料及木材样品长时间地浸泡在海水后进行防污测试
使用本发明的经过物理性测试的防污涂料对于底涂漆150μm，顶涂漆100μm或300μm的厚度来涂漆的铁材料及木材样品长时间地浸泡在海水后进行防污测试。
结果，如图4所示，用本发明的防污涂料涂覆的厚度为100μm的顶涂漆的钢样品在约58天后显示部分剥离，用300μm厚度来涂膜时，钢材与木材都保持正常状态。因此，已经证实具有100μm厚度的顶涂漆具有防污功能所用的时间相对较短的问题。
此后，木材样品在第82天发生生物污损(图4中的c-2)，钢材在第146天发生生物污损(图4中的d-1)，是仅通过简单的表面清洗能去除(图4中的d-2)的表面污垢，并且在183天的附加浸水试验中虽然表面污垢量(图4中的e-1)增加，但即使通过简单的去除操作，表面也保持清洁，确认了本发明防污功能涂料的优异的防污性能。
实施例3.通过测量临界表面张力评估生物附着性
进行临界表面张力(CST)测量以检查使用本发明的测试防污物理性的防污涂料对底涂漆150μm，顶涂漆100μm的厚度来涂漆的铁材样品的水下生物附着性。
临界表面张力使用设备(型号DCA-315)来基于液状的表面张力标准ASTM D2578-0.9(Standard Test Method for Wetting Tension of Polyethylene andPolypropylene Films)将作为标准液的Ethyl CellosolveFormamide混合液以100：0，75：25，50：50，25：75及1:99的比来制备后，通过Special Sample Handling and Preparation/Single Sided Samples方法来执行。
结果，添加作为功能性添加剂的聚乙烯珠粒粉末的样品与没有添加的样品的临界表面张力(CST)值分别为32～37Dyne/cm和45～48Dyne/cm，发现作为防污涂料的功能性添加剂来使用的聚乙烯珠粒粉末有助于降低临界表面张力。
因此，当聚乙烯珠粒粉末作为功能性添加剂来加入时，表面张力降低，并且难以在涂漆表面上附着如藤壶等海洋生物，因此，防污性能得到改善。
Dyne/cm[表3]
未添加聚乙烯珠粒粉末 添加聚乙烯珠粒粉末
临界表面张力 45～48Dyne/cm 32～37Dyne/cm

Claims (12)

1.一种浸水构造物或船体外部的防污涂料，其中，包含有环氧树脂粘合剂、用于控制海洋生物附着的功能性添加剂、粘合剂硬化剂以及助剂。
2.根据权利要求1所述的浸水构造物或船体外部的防污涂料，其特征在于，用于控制所述海洋生物的附着的功能性添加剂是选自氟蜡及聚乙烯珠粒粉中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的浸水构造物或船体外部的防污涂料，其中，包含55至65重量％的环氧树脂粘合剂，3至25重量％的用于控制海洋生物附着的功能性添加剂，5至10重量％的粘合剂硬化剂以及0.5至2.0重量％的助剂。
4.根据权利要求1所述的浸水构造物或船体外部的防污涂料，其特征在于，所述粘合剂硬化剂是三亚乙基四胺或胺值为300-400的曼尼希碱。
5.根据权利要求4所述的浸水构造物或船体外部的防污涂料，其特征在于，所述三亚乙基四胺用于外部涂漆，胺值为300-400的曼尼希碱用于水下涂漆。
6.根据权利要求1所述的浸水构造物或船体外部的防污涂料，其特征在于，所述助剂是分散剂或消泡剂。
7.根据权利要求1所述的浸水构造物或船体外部的防污涂料，其特征在于，所述浸水构造物或船体外部由选自铁、混凝土、木材及FRP树脂中的任何一个以上的材料制成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的浸水构造物或船体外部的防污涂料，其特征在于，所述浸水构造物或船体外部的防污涂料具有改善的对基材的粘合力和涂膜的耐磨性。
9.一种浸水构造物或船体外部的防污涂漆方法，其特征在于，包括：
(a)以喷嘴直径为0.019-0.029英寸，喷射压力为70-200kg/cm2的条件下，在10-20℃利用无空气机械压喷涂方法将环氧涂料涂漆在基材进行底涂漆的步骤；
(b)在所述步骤(a)的底涂漆步骤之后，干燥6至8小时的步骤；以及
(c)在所述步骤(b)之后，使用权利要求1的防污涂料来进行顶涂漆的步骤。
10.根据权利要求9所述的浸水构造物或船体外部的防污涂漆方法，其特征在于，由所述顶涂漆形成的涂膜的厚度为150至300μm。
11.根据权利要求9所述的浸水构造物或船体外部的防污涂漆方法，其特征在于，当所述防污涂漆是水下涂漆时，使用附着有压力式涂料储罐、涂刷、连接管及刷子的能够控制涂料流入的水下涂漆装置。
12.一种按照权利要求9至11中任一项所述的涂漆方法涂漆的浸水构造物或船体外部。
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