CN108546437A - 一种基于固体废弃物资源的防污涂料、其制备方法及应用 - Google Patents

一种基于固体废弃物资源的防污涂料、其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于固体废弃物资源的防污涂料、其制备方法及应用。所述的防污涂料包括作为基础组分的有机硅弹性体以及作为防污填料的含钛高炉渣粉末。本发明的防污涂料通过协同利用含钛高炉渣优异的光催化抗菌性能以及有机硅弹性体的低表面能，可以降低细菌和藻类在基体表面的贴附，阻碍基膜和生物膜的形成，从而达到协同防污的效果；再者，本发明的防污涂料及涂层的制备工艺、施工方法简单易操作，成本低廉，易于大规模制造生产，可以在海水中长期发挥其防污性能，应用前景广泛。

Description

一种基于固体废弃物资源的防污涂料、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种防污涂料，具体涉及一种基于固体废弃物资源的新型防污涂料、其制备方法及应用，属于海洋防污技术领域。
背景技术
海洋生物污损是指浸入海水的基体表面会贴附一些海洋微生物(细菌，藻类，动物)，海洋生物无损给海洋生态环境造成潜在的威胁。海洋生物污损的形成包括基膜(细菌等)的形成、生物膜(藻类)的形成、原生动物的附着以及大型无损生物的黏附。基膜和生物膜是海洋污损形成的先决条件，因此有效抑制基膜和生物膜的形成便可有效的抑制海洋污损。
有机硅化合物具有比其他高分子材料更好的热稳定性以及耐辐照和耐候能力，同时由于有机硅弹性体的主链十分柔顺，因而具备了低表面张力和低表面能的物理特性，这种特性可以使海洋生物难以在上面附着，即使附着也不牢固，附着界面非常弱，在水流或其他外力作用下很容易脱落或去除。因此有机硅化合物应用于环境友好、安全无毒的海洋防涂层的研究受到了广泛的关注。但是，现有的基于有机硅化合物的涂层对于藻类、细菌等海洋生物的防护能力仍有待进一步提升。
另一方面，传统的防污涂料均为毒杀型防污涂料，但是这类防污涂料会对环境及生态平衡的破坏。
因此，如何提供一种具有优异防污性能、可以对固体废弃物资源再利用的防污涂料，成为业界研发人员一直以来致力解决的方向。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于固体废弃物资源的防污涂料及其制备方法，以克服现有技术中的不足。
本发明的另一目的在于提供所述基于固体废弃物资源的防污涂料的应用。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种基于固体废弃物资源的防污涂料，其包括作为基础组分的有机硅弹性体以及作为防污填料的含钛高炉渣粉末。
作为优选实施方案之一，所述防污涂料中含钛高炉渣粉末的含量为5～20wt％。
本发明实施例还提供了一种基于固体废弃物资源的防污涂料的制备方法，其包括：
将作为基础组分的有机硅弹性体与作为防污填料的含钛高炉渣粉末充分混合，制得基于固体废弃物资源的防污涂料，所述防污涂料中含钛高炉渣粉末的含量为5～20wt％。
本发明实施例还提供了由前述的基于固体废弃物资源的新型防污涂料形成的涂层。
相应的，本发明实施例还提供了前述涂层的制备方法，其包括：
提供前述的基于固体废弃物资源的防污涂料；
以及，将所述防污涂料中的所有组分均匀混合，之后涂覆在基底表面，经固化后形成所述涂层。
本发明实施例还提供了前述基于固体废弃物资源的防污涂料或涂层于表面防污处理领域中的用途。
本发明实施例还提供了一种装置，包括基底，所述基底表面覆设有前述的涂层。
与现有技术相比，本发明提供的固体废弃物资源的防污涂料通过将含钛高炉渣优异的光催化抗菌性能以及有机硅弹性体的低表面能等有机组合，可以同时降低细菌和藻类在基体表面的贴附，阻碍基膜和生物膜的形成，从而达到协同防污的效果；而且，本发明的防污涂料及涂层的制备工艺、施工方法简单易操作，成本低廉，可以实现对固体废弃物资源的有效利用，易于大规模制造生产，可以在海水中长期发挥其防污性能，应用前景广泛。
具体实施方式
鉴于现有技术中传统毒杀型防污涂料对环境及生态平衡的破坏，含钛高炉渣中钛资源极大浪费的现状和不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例的一个方面提供了一种基于固体废弃物资源的防污涂料，其包括作为基础组分的有机硅弹性体以及作为防污填料的含钛高炉渣粉末。
作为优选实施方案之一，所述防污涂料中含钛高炉渣粉末的含量为5～20wt％。
作为优选实施方案之一，本发明的新型防污涂料选用的是主链柔顺、具有低表面能的有机硅弹性体，如聚硅氧烷、聚硅氮烷树脂等，但不限于此。
作为优选实施方案之一，所述含钛高炉渣粉末中钛的含量大于5wt％。
进一步地，所述含钛高炉渣粉末的尺寸小于350目。
进一步地，所述固体废弃物资源为钒钛磁铁矿经冶炼后得到的具有较高钛含量的高炉渣，亦即，所述含钛高炉渣粉末的来源包括由钒钛磁铁矿经冶炼后形成的含钛高炉渣。而含钛高炉渣经过高温煅烧、高能球磨等方法处理后可以得到具有良好光催化抗菌性能的钙钛矿型含钛高炉渣防污填料应用于海洋防污涂料中。
进一步地，所述含钛高炉渣需先经过破碎、粗磨、磁选等预处理得到具有一定细度的含钛高炉渣粉末。
进一步地，所述经预处理得到含钛高炉渣粉末经过高温煅烧、高能球磨等方法得到具有优异光催化抗菌性能的钙钛矿型含钛高炉渣防污填料。
更进一步地，所述高温煅烧的温度为400～800℃，时间为2～5h，所述高能球磨的转速为100～1500rpm，时间为5～20h。
本发明提供的固体废弃物资源的防污涂料通过将含钛高炉渣优异的光催化抗菌性能以及有机硅弹性体的低表面能等有机组合，可以同时降低细菌和藻类在基体表面的贴附，阻碍基膜和生物膜的形成，从而达到协同防污的效果。
本发明实施例的另一个方面提供了一种基于固体废弃物资源的防污涂料的制备方法，其包括：将作为基础组分的有机硅弹性体与作为防污填料的含钛高炉渣粉末充分混合，制得基于固体废弃物资源的防污涂料，所述防污涂料中含钛高炉渣粉末的含量为5～20wt％。
在一些具体实施方案中，所述制备方法可以包括：
采用超声、高速搅拌和高能球磨中的任意一种方式将所述有机硅弹性体与所述含钛高炉渣粉末充分混合；其中，所述高速搅拌的速度为300～1200rpm，时间为10～24h；所述高能球磨的转速为100～1000rpm，时间为10～24h。
进一步地，所述有机硅弹性体包括聚硅氧烷和/或聚硅氮烷树脂。
本发明通过超声、高速搅拌或高能球磨等的方法掺杂到有机硅弹性体体系中得到具有优异防污性能的固体废弃物资源再利用型防污涂料。
进一步地，所述制备方法可具体包括：对含钛高炉渣进行预处理后，再进行高温煅烧、高能球磨，制得所述含钛高炉渣粉末。
进一步地，所述预处理包括依次进行的破碎、粗磨和磁选。
进一步地，所述含钛高炉渣包括由钒钛磁铁矿经冶炼后形成的含钛高炉渣。
作为优选实施方案之一，所述含钛高炉渣粉末中钛的含量大于5wt％。
其中更进一步地，所述高温煅烧的温度为400～800℃，时间为2～5h，所述高能球磨的转速为100～1500rpm，时间为5～20h。
进一步地，所述制备方法可包括：
提供钒钛磁铁矿经冶炼后得到的含钛高炉渣，所述含钛高炉渣需先经过破碎、粗磨、磁选等预处理得到具有一定细度的含钛高炉渣粉末，所述经预处理得到含钛高炉渣粉末经过高温煅烧、高能球磨等方法得到具有优异光催化抗菌性能的钙钛矿型含钛高炉渣防污填料。
本发明实施例的另一个方面还提供了由前述的基于固体废弃物资源的防污涂料形成的涂层。
相应的，本发明实施例还提供了前述涂层的制备方法，其包括：
提供前述的基于固体废弃物资源的防污涂料；
以及，将所述防污涂料中的所有组分均匀混合，之后涂覆在基底表面，经固化后形成所述涂层。
进一步地，所述基底的材质包括铁、铁合金、铝、铝合金、铜或者铜合金等，但不限于此。
综上所述，本发明的防污涂料及涂层的制备工艺、施工方法简单易操作，成本低廉，易于大规模制造生产，可以在海水中长期发挥其防污性能，应用前景广泛。
本发明实施例的另一个方面还提供了前述的基于固体废弃物资源的防污涂料或涂层于表面防污处理领域优选为海洋防污领域中的用途。
本发明实施例的另一个方面还提供了一种装置，其包括基底，所述基底表面覆设有前述的涂层。
进一步地，所述基底的材质包括铁、铁合金、铝、铝合金、铜或者铜合金等，但不限于此。
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用
下面实施例中所述的试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
1、本实施例选择316不锈钢板作为金属基底。首先对其进行喷砂或打磨处理，表面粗糙度达到Ra2.5级。处理后表面进行超声清洗并用丙酮擦拭除油。
2、通过高能球磨法制备具有良好光催化抗菌性能的含钛高炉渣防污填料。
3、将80g的聚二甲基硅氧烷树脂与20g的含钛高炉渣防污填料通过高速搅拌机进行混料，搅拌速度为500rpm，时间为12h。
4、称取50g加入含钛高炉渣防污填料的有机硅树脂和5g固化剂混合均匀。
5、将涂料刮涂在不锈钢板上，厚度为50μm。
6、刮涂好的样板常温干燥5h。
7、对样板进行抗菌实验，发现该防污涂料具有良好的抗大肠杆菌、枯草芽孢杆菌性能。
8、对样板进行抗藻类贴附实验，发现该防污涂料具有良好的抗小球藻、舟形藻和三角褐指藻贴附性能。
实施例2
1、本实施例选择316不锈钢板作为金属基底。首先对其进行喷砂或打磨处理，表面粗糙度达到Ra2.5级。处理后表面进行超声清洗并用丙酮擦拭除油。
2、通过高能球磨法制备具有良好光催化抗菌性能的含钛高炉渣防污填料。
3、将90g的聚二甲基硅氧烷树脂与10g的含钛高炉渣防污填料通过高速搅拌机进行混料，搅拌速度为300rpm，时间为24h。
4、称取50g加入含钛高炉渣防污填料的有机硅树脂和5g固化剂混合均匀。
5、将涂料刮涂在不锈钢板上，厚度为50μm。
6、刮涂好的样板常温干燥5h。
7、对样板进行抗菌实验，发现该防污涂料具有良好的抗大肠杆菌、枯草芽孢杆菌性能。
8、对样板进行抗藻类贴附实验，发现该防污涂料具有良好的抗小球藻、舟形藻和三角褐指藻贴附性能。
实施例3
1、本实施例选择316不锈钢板作为金属基底。首先对其进行喷砂或打磨处理，表面粗糙度达到Ra2.5级。处理后表面进行超声清洗并用丙酮擦拭除油。
2、通过高能球磨法制备具有良好光催化抗菌性能的含钛高炉渣防污填料。
3、将95g的聚二甲基硅氧烷树脂与5g的含钛高炉渣防污填料通过高速搅拌机进行混料，搅拌速度为1200rpm，时间为10h。
4、称取50g加入含钛高炉渣防污填料的有机硅树脂和5g固化剂混合均匀。
5、将涂料刮涂在不锈钢板上，厚度为50μm。
6、刮涂好的样板常温干燥5h。
7、对样板进行抗菌实验，发现该防污涂料具有良好的抗大肠杆菌、枯草芽孢杆菌性能。
8、对样板进行抗藻类贴附实验，发现该防污涂料具有良好的抗小球藻、舟形藻和三角褐指藻贴附性能。
实施例4
本实施例与实施例1基本一致，不同之处在于：
3、将90g的聚二甲基硅氧烷树脂与10g的含钛高炉渣防污填料通过高能球磨机进行混料，所述高能球磨机的转速为100rpm，时间为24h。
实施例5
本实施例与实施例1基本一致，不同之处在于：
3、将90g的聚二甲基硅氧烷树脂与10g的含钛高炉渣防污填料通过高能球磨机进行混料，所述高能球磨机的转速为500rpm，时间为18h。
实施例6
本实施例与实施例1基本一致，不同之处在于：
3、将90g的聚二甲基硅氧烷树脂与10g的含钛高炉渣防污填料通过高能球磨机进行混料，所述高能球磨机的转速为1000rpm，时间为10h。
实施例7
本实施例与实施例2基本一致，不同之处在于：
3、将90g的聚二甲基硅氧烷树脂与10g的含钛高炉渣防污填料通过超声混料。
实施例8
本实施例与实施例3基本一致，不同之处在于：将聚二甲基硅氧烷树脂替换为聚硅氮烷树脂。
对照例1
该对照例与实施例1基本相同，但步骤2)中的含钛高炉渣粉末是未经高温煅烧和高能球磨的。该对照例中所获涂层的防污性能明显弱于实施例1形成的涂层。
综上所述，藉由本发明的上述技术方案，本发明的固体废弃物资源的防污涂料通过将含钛高炉渣优异的光催化抗菌性能以及有机硅弹性体的低表面能等有机组合，可以同时降低细菌和藻类在基体表面的贴附，阻碍基膜和生物膜的形成，从而达到协同防污的效果；而且，本发明的防污涂料及涂层的制备工艺、施工方法简单易操作，成本低廉，易于大规模制造生产，可以在海水中长期发挥其防污性能，应用前景广泛。
此外，本案发明人还参照实施例1～8的方式，以本说明书中列出的其它原料和条件等进行了试验，并同样制得了具有优异的防污能力的固体废弃物资源的防污涂料及涂层。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于固体废弃物资源的防污涂料，其特征在于包括作为基础组分的有机硅弹性体以及作为防污填料的含钛高炉渣粉末。
2.根据权利要求1所述的基于固体废弃物资源的防污涂料，其特征在于：所述防污涂料中含钛高炉渣粉末的含量为5～20wt％；和/或，所述有机硅弹性体包括聚硅氧烷和/或聚硅氮烷树脂；和/或，所述含钛高炉渣粉末的尺寸小于350目；和/或，所述含钛高炉渣粉末中钛的含量大于5wt％；和/或，所述含钛高炉渣粉末的来源包括由钒钛磁铁矿经冶炼后形成的含钛高炉渣。
3.根据权利要求1或2所述的基于固体废弃物资源的防污涂料，其特征在于：所述含钛高炉渣粉末是由含钛高炉渣经预处理后，再经高温煅烧、高能球磨制得的；优选的，所述预处理包括依次进行的破碎、粗磨和磁选；优选的，所述高温煅烧的温度为400～800℃，时间为2～5h，所述高能球磨的转速为100～1500rpm，时间为5～20h。
4.一种基于固体废弃物资源的防污涂料的制备方法，其特征在于包括：将作为基础组分的有机硅弹性体与作为防污填料的含钛高炉渣粉末充分混合，制得基于固体废弃物资源的防污涂料，所述防污涂料中含钛高炉渣粉末的含量为5～20wt％。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于包括：采用超声、高速搅拌和高能球磨中的任意一种方式将所述有机硅弹性体与所述含钛高炉渣粉末充分混合；其中，所述高速搅拌的速度为300～1200rpm，时间为10～24h；所述高能球磨的转速为100～1000rpm，时间为10～24h；优选的，所述有机硅弹性体包括聚硅氧烷和/或聚硅氮烷树脂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于具体包括：对含钛高炉渣进行预处理后，再进行高温煅烧、高能球磨，制得所述含钛高炉渣粉末；优选的，所述预处理包括依次进行的破碎、粗磨和磁选；优选的，所述含钛高炉渣包括由钒钛磁铁矿经冶炼后形成的含钛高炉渣；优选的，所述含钛高炉渣粉末中钛的含量大于5wt％；优选的，所述高温煅烧的温度为400～800℃，时间为2～5h，所述高能球磨的转速为100～1500rpm，时间为5～20h。
7.由权利要求1-3中任一项所述的基于固体废弃物资源的防污涂料或权利要求4-6中任一项所述方法制备的基于固体废弃物资源的防污涂料形成的涂层。
8.权利要求7所述的涂层的制备方法，其特征在于包括：
提供权利要求1-3中任一项所述的基于固体废弃物资源的防污涂料；
以及，将所述防污涂料中的所有组分均匀混合，之后涂覆在基底表面，经固化后形成所述涂层；优选的，所述基底的材质包括铁、铁合金、铝、铝合金、铜或者铜合金。
9.权利要求1-3中任一项所述的基于固体废弃物资源的防污涂料或权利要求7所述的涂层于表面防污处理领域中的用途；优选的，所述用途包括：所述的防污涂料或所述的涂层于海洋防污领域中的用途。
10.一种装置，包括基底，其特征在于：所述基底表面覆设有权利要求7所述的涂层；优选的，所述基底的材质包括铁、铁合金、铝、铝合金、铜或者铜合金。
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