CN108148501A - 有机硅减阻涂料组合物及应用 - Google Patents

Abstract

有机硅减阻涂料组合物，其组成包括具有反应活性端基有机硅聚合物100质量分、补强填料10～30质量分、强疏水填料5～20质量分、颜料0.1～5质量分、交联剂0.5～10质量分、催化剂与促进剂0.1～2质量分、增粘剂0.1～5质量分和溶剂0～30质量分。其特征是，组合物由A/B双组分构成，A/B双组分按适当配比混合后，室温下可以固化，其固化物可与金属、木材及混凝土等多种基材有效粘接，并生成低表面能漆膜，水流经该漆膜表面水流阻力减小。

Description

有机硅减阻涂料组合物及应用

技术领域

本发明涉及一种可用于降低水流阻力的新材料，其主体成分是以活性有机聚硅氧烷为基础的化学组合物。将本发明组合物涂覆于水下构筑物表面，例如船舶、港口设施、管道、海上钻井平台等，在室温下即可形成低表面能减阻涂层。该涂层降低水流阻力，用于船舶等水中航行运动物体，因减低水流运行阻力，可减少船舶航行动力消耗或增大船舶航行速度；此减阻涂料组合物用于输送液体的管道内涂层，可降低流体输送阻力，从而减低输送液体的功耗或提高液体输送速度。

背景技术

船舶等移动性构筑物在海洋中运行需要克服海水的阻力，船舶航行主要动力消耗在于船舶水下部位的海水摩擦阻力。

船舶长期浸没于海水中，在船体水下部位表面要附着生长多种海洋生物，这些污损生物附着生长在船舶水线以下，会增大船舶航行阻力，增加燃料消耗，危害航海安全。附着在海洋设施的污损生物，将会造成设备腐蚀、管道堵塞等损害，继而可能引发事故。

船体表面涂覆低表面能涂料，可以减缓或阻止海洋生物附着生长，强疏水性涂膜的水流阻力小，船舶高速航行的水流冲击作用也有助于清除在船体表面附着的海洋生物。

现有用于船舶的低表面能涂料存在涂膜与船体基材粘附不牢固的缺陷，涂层易剥落限制了作为防污涂料的实际应用。有的涂料为改善对基材的附着力，在涂料中引入环氧树脂、极性填料等强化粘接力的化学组分，其结果导致涂膜疏水性能大幅度降低，致使涂膜丧失防污和减阻效果。现有低表面能涂料对船体基材粘接不强的缺陷，以致目前尚未有适用于减阻应用的低表面能涂料。

低表面能涂膜具备水流减阻功能，实用的减阻涂料必须在保持强疏水基本性能的前提下，涂膜与船体基材牢固粘接，并且长期稳定耐水浸不脱落。要减阻涂料长期保持减阻效能的另一重要条件是减阻涂料要同时具备可靠的防污效能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供对基材粘附牢固、固化后的涂膜保持低表面能性能的减阻涂料组合物的制备方法及其应用。

本发明有机硅减阻涂料组合物包括具有反应活性端基有机硅聚合物、补强填料、强疏水填料、颜料、交联剂、催化剂促进剂、增粘剂和溶剂等组分。

本发明有机硅减阻涂料组合物中的具有反应活性端基有机硅聚合物与交联剂组分在催化剂和促进剂的作用下，发生缩合交联反应，形成交联网络；组合物中的增粘剂用于强化涂膜对基材的粘接强度；组合物中添加补强填料用于提高涂膜的机械强度；添加强疏水填料用于制备特定的涂膜表面形态和进一步提高涂膜的低表面能性能；颜料组分用于涂膜染色标识；溶剂组分用于调节涂料黏度以适应涂施工艺要求。

本发明有机硅减阻涂料组合物的基本组成包括：

本发明有机硅减阻涂料组合物所述基础有机硅聚合物为黏度800～80000mP·as的α,ω-二羟基聚二有机基硅氧烷和α,ω-二烷氧基聚二有机基硅氧烷。

本发明有机硅减阻涂料组合物所述补强填料为亲水或疏水处理的气相法白炭黑、沉淀法白炭黑或硅灰石粉等。

本发明有机硅减阻涂料组合物所述强疏水填料为深度疏水处理的气相法白炭黑、沉淀法白炭黑、聚四氟乙烯微粉或硅橡胶微粉等。强疏水填料引入涂料组合物中，造成物料宏观均匀微观适度相分离，其固化后的涂膜表面散在分布微米级尺度的强疏水颗粒，此表面结构赋予涂膜超强减阻功能。

本发明有机硅减阻涂料组合物所述颜料为无机物，包括氧化铁红、钛白粉、中铬黄、群青等一种或一种以上混合物。

本发明有机硅减阻涂料组合物所述交联剂为下列硅烷中的一种或一种以上的混合物：正硅酸乙酯、聚硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、聚甲基三甲氧基硅烷、聚甲基三乙氧基硅烷等多烷氧基有机硅化合物、低聚物及甲基三丙酮肟基硅烷、甲基三异丁酮肟基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、聚甲基三丙酮肟基硅烷、聚甲基三异丁酮肟基硅烷、聚甲基三乙酰氧基硅烷等。

本发明有机硅减阻涂料组合物所述催化剂为下列有机金属氧化物或有机金属盐中的一种或一种以上的混合物：辛酸亚锡、氧化二丁基锡、二丁基二醋酸锡、二丁基二月桂酸锡、钛酸异丙酯、钛酸丁酯、二异丙氧基二乙酰乙酰氧基钛、二异丙氧基双乙酰丙酮钛等。

本发明有机硅减阻涂料组合物所述促进剂为下列反应性硅烷中的一种或一种以上的混合物：N-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、异氰酸丙基三甲氧基硅烷、异氰酸丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷以及上述硅烷的部分水解缩合产物等。

本发明有机硅减阻涂料组合物所述增粘剂，是由多官能有机硅烷经缩合反应制得的高反应活性有机硅低聚物。

本发明有机硅减阻涂料组合物制备工艺如下：将计量的基础有机硅聚合物⑴、⑵和计量的补强填料、强疏水填料、颜料加入到捏合机中，剪切捏合制得膏状物，再将膏状物通过三辊研磨机薄通研磨，然后，在膏状物中加入由交联剂、催化剂、促进剂、增粘剂组成的固化剂，充分搅拌混合均匀，制得有机硅减阻涂料组合物，在室温下固化生成减阻涂膜。

附图说明

图1为水/固化膜接触角实测图；

图2为涂膜表面显微影像图。

具体实施方式

实施例

以下用实施例进一步对本发明做具体说明，但本发明权利要求不限于列举的实施例。

本发明实施例采用的原料为市售常规化工产品。

实施例1～3物料配合与固化后涂膜接触角

*水/固化膜接触角实测附图分别列于说明书附图1:(a)、(b)、(c)。

实施例1～3的物料组合物涂覆于钢板上，涂膜固化后的试样浸泡于盐水(盐度33.34‰)中，经历12个月，涂层完好，无起泡、无脱落、无锈蚀现象。

实施例1～3的物料组合物涂覆于钢板上，涂膜固化后的试样应用压力30MPa的高压水流冲击30分钟，涂层完好，无剥离、无脱落。

实施例1～3的物料组合物涂覆于钢板上，涂膜固化后的试样，在浙江台州海域浅海浸泡试验6个月后，局部表面附着薄层污泥，散在附着藤壶，用水流轻轻冲洗即可清除全部附着物，清洗后的表面与新涂涂膜表面外观相同。

实施例1～3的物料组合物分别涂覆于Φ20mm×L2000mm钢管内壁，与同规格碳钢裸管，在相同条件下做水流量测试，以碳钢裸管流量为100计，实施例1、2、3物料涂覆管流量分别为110、110、111，即因低表面能涂料减阻效果，水流量分别增加11.0％、11.0％、11.1％。

实施例1～3的物料组合物涂覆于钢板上，涂膜固化后试样测试水接触角影像如下图1。

实施例1～3的物料组合物涂覆于钢板上，涂膜固化后试样在立体显微镜观察影像如下图2。

Claims (9)

1.一种有机硅减阻涂料组合物，其构成包括基础有机硅聚合物、补强填料、强疏水填料、颜料、交联剂、催化剂促进剂、增粘剂和溶剂等组分，有机硅减阻涂料组合物分装为双组分，两组分按适当比例均匀混合后的物料可以在室温下固化，其固化物对金属、木材、混凝土等多种基材形成可靠粘接，并且生成稳定耐水的低表面能涂膜，水流经该涂膜表面水流阻力减小。

2.按权利要求1所述的有机硅减阻涂料组合物，其基础有机硅聚合物是具有下列如下通式(1)的α,ω-二羟基聚二有机基硅氧烷和通式(2)的α,ω-二烷氧基聚二有机基硅氧烷：

式中，R为甲基或乙基，R₁、R₂是相同或不同的甲基、乙基、丙基、丁基、苯基，n＝100～5000。

3.按权利要求1所述的有机硅减阻涂料组合物，其补强填料为气相法白炭黑、沉淀法白炭黑、硅灰石粉等。

4.按权利要求1所述的有机硅减阻涂料组合物，其强疏水填料为疏水性白炭黑、硅橡胶微粉、聚四氟乙烯微粉等。

5.按权利要求1所述的有机硅减阻涂料组合物，其颜料为氧化铁红、钛白粉、中铬黄和群青中的一种或一种以上的混合物。

6.按权利要求1所述的有机硅减阻涂料组合物，其交联剂为多官能反应性有机硅烷，包括正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、聚硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、聚甲基三甲氧基硅烷、聚甲基三乙氧基硅烷等多烷氧基有机硅化合物和低聚物，甲基三丙酮肟基硅烷、甲基三异丁酮肟基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、聚甲基三丙酮肟基硅烷、聚甲基三异丁酮肟基硅烷、聚甲基三乙酰氧基硅烷等具有反应性多官能有机硅化合物和低聚物。

7.按权利要求1所述的有机硅减阻涂料组合物，其催化剂和促进剂为有机金属氧化物、金属有机酸盐及络合物，例如：辛酸亚锡、氧化二丁基锡、二丁基二醋酸锡、二丁基二月桂酸锡、钛酸异丙酯、钛酸丁酯、二异丙氧基二乙酰乙酰氧基钛、二异丙氧基双乙酰丙酮钛等。

8.按权利要求1所述的有机硅减阻涂料组合物，其增粘剂是由多官能有机硅烷经缩合反应制得的高反应活性低聚物；用于制备增粘剂的有机硅烷的活性反应基团包括氨基、氨烷基、环氧基、巯烃基、异氰酸基、不饱和烃基等，还包括可水解基团甲氧基和乙氧基等；用于制备增粘剂的有机硅烷举例如下：γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、异氰酸丙基三甲氧基硅烷、异氰酸丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷等。

9.按权利要求1所述的有机硅减阻涂料组合物，其溶剂为烃类溶剂，如D40、溶剂汽油等。