CN110698901B - 一种丙烯酸树脂包埋处理辣椒素防污剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种丙烯酸树脂包埋处理辣椒素防污剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种丙烯酸树脂包埋处理辣椒素防污剂及其制备方法与应用，所述包埋辣椒素防污剂包括辣椒素、多孔粉体和丙烯酸自抛光树脂；所述辣椒素负载于多孔粉体上形成负载体；所述丙烯酸自抛光树脂包覆所述负载体；防污剂的组成质量比为辣椒素：多孔粉体：丙烯酸自抛光树脂＝1:2～4:0.05～0.15。本发明一方面可以实现对辣椒素的表面保护，防止其在防污涂料的生产制造过程中和防污涂料的涂装应用过程中持续释放弥散在空气中，造成生产和涂装工人的皮肤刺激和过敏等健康危害，防止辣椒素在空气中持续释放、降低防污功效。

Description

一种丙烯酸树脂包埋处理辣椒素防污剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于海洋防污涂料、水下涂料技术领域。具体是一种丙烯酸树脂包埋处理辣椒碱防污剂及其制备方法与应用。
背景技术
海洋生物的污损问题一直限制着人们对海洋资源的开发利用，各种海生物的附着会引起船舶航行阻力增大，燃料消耗量增加，海生物的代谢产物对船只造成腐蚀，会增加船舶的维修费用，降低船只的在航率，海生物还会堵塞海底各种管路、阀门和养殖网箱的网眼，造成的经济损失难以估算。为了实现对海洋生物的防除，涂装防污涂料是解决污损问题唯一得到广泛应用的既经济又高效的重要途径。
随着环保意识的增强，寻找环保型天然产物防污剂已成为防污涂料领域的研究热点，辣椒素作为昆虫和动物的驱避剂的成功应用促使我们将其作为一种可能的防污剂。其无毒、无杀生等特性使其成为有机锡化合物的可行替代品。目前，关于辣椒素合成防污剂的报道很多，化学合成辣椒素防污剂的发展将进一步增强其防污性能。高效低毒甚至无毒环保的天然产物防污剂的开发，能够在保护生态环境的基础上，同时满足防污需要，是未来发展的重要方向。
近年来，可与海水发生离子交换反应的丙烯酸铜、丙烯酸锌和丙烯酸硅等树脂，作为无锡自抛光防污涂料的基料获得了大量的应用，被证明可以有效地调控涂层中氧化亚铜和各种防污剂的释放速率。但是，氧化亚铜等物质不断地释放到海水中，会导致重金属离子在海港及海洋生物体内的富集，产生环境污染和危害人类健康安全的问题。因此，近年来仿生防污涂料的研发不断增长，辣椒素防污涂料就倍受关注。同样地，辣椒素的高效利用和可控释放就至关重要。
发明内容
基于以上背景技术，为了减少辣椒素的浪费并有效地控制辣椒素由防污涂层中向海水中的稳定释放。本发明的目的就是提供一种丙烯酸自抛光树脂包埋处理辣椒素的制备方法，本发明技术一方面可以防止辣椒素在空气中持续释放，从而降低防污功效，另一方面用于海洋防污涂料中，可以提高辣椒素在油性涂料中的相容性、分散均匀性和防沉降性，实现调控防污涂料中辣椒素在海水中的缓释速率，减少辣椒素的浪费，充分发挥辣椒素的防污效率。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现：
本发明一方面提供一种包埋辣椒素防污剂，包括辣椒素、负载辣椒素的多孔粉体和丙烯酸自抛光树脂，辣椒素和多孔粉体形成负载体，所述丙烯酸自抛光树脂将负载体包覆。
基于以上技术方案，优选的，所述的丙烯酸自抛光树脂是在海水中可通过离子交换反应或水解、自抛光消蚀的丙烯酸锌、丙烯酸铜和丙烯酸硅树脂中的一种或两种以上混合使用。
基于以上技术方案，优选的所述的多孔粉体是硅藻土、碳纳米管、多孔二氧化钛、多孔氧化锌、多孔二氧化硅等一种或两种以上混合使用；所述多孔粉体的孔径为0.3纳米～2微米。
基于以上技术方案，优选的所述的辣椒素为合成辣椒碱、天然辣椒素等。
本发明另一方面提供一种上述防污剂的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将10～30g的辣椒素溶解于250mL的去离子水中，于80～90℃搅拌0.25～1h得到辣椒素悬浮液；所述辣椒素悬浮液的质量浓度为4～12％；
(2)向所述辣椒素悬浮液中加入多孔粉体，使多孔粉体分散于辣椒素悬浮液中，于80～90℃搅拌0.1～0.25h后冷却至室温～40℃，然后搅拌0.5～1h，使辣椒素结晶析出，得到多孔粉体负载辣椒素溶液；
(3)向步骤(2)得到的多孔粉体负载辣椒素溶液中加入丙烯酸自抛光树脂溶液，于室温～40℃搅拌1～2h后，过滤，干燥，得到所述辣椒素防污剂。
基于以上技术方案，优选的，所述丙烯酸自抛光树脂溶液的浓度为70质量份的丙烯酸自抛光树脂溶解于30质量份的二甲苯中。
基于以上技术方案，优选的，步骤(1)的搅拌转速为200～300r/min；步骤(2)的搅拌转速为300～450r/min，步骤(3)的搅拌转速为200～300r/min。
具体的步骤可表示为：先将1份质量的合成辣椒碱加入四口烧瓶中，加入100～500mL的灭菌去离子水至液面没过搅拌桨，将四口烧瓶装置在恒温水浴锅上进行加热搅拌，恒温水浴锅初始温度设置为80～90℃，搅拌杆转速设置为200～300r/min，半小时后合成辣椒碱溶解在灭菌去离子水中，然后，降低搅拌桨转速，称量2～4份质量的硅藻土缓慢加入到四口烧瓶中，提高转速至400～450r/min，使硅藻土均匀分散在辣椒碱悬浮液中，10～15分钟中后移除水浴锅，降低转速至200～300r/min，同时向四口烧瓶表面通冷却水直至四口烧瓶中的液体降至室温，令辣椒素结晶析出沉积在硅藻土的微孔内和表面上，30～60分钟后降低转速，然后向四口烧瓶中滴加入质量为辣椒碱和硅藻土总和5～30％的丙烯酸自抛光树脂溶液，再次升高转速至400～450r/min继续搅拌，使丙烯酸自抛光树脂析出包裹在沉积辣椒素的硅藻土上，1～2小时后将四口烧瓶中的混合液倒出进行过滤干燥，收集干燥后的粉体，用于制备辣椒素防污涂料。
本发明另一方面提供一种辣椒素涂料，其特征在于，所述辣椒素涂料包括上述包埋处理辣椒素防污剂。
本发明还提供一种涂层，其特征在于，所述涂层由上述涂料涂布制得。
有益效果
(1)本发明利用丙烯酸自抛光树脂在海水中的离子交换水解特性以及与有机溶剂、树脂的良好相容性，采用丙烯酸自抛光树脂对辣椒素进行多孔粉体的包埋处理，一方面可以实现对辣椒素的表面保护，防止其在防污涂料的生产制造过程中和防污涂料的涂装应用过程中持续释放弥散在空气中，造成生产和涂装工人的皮肤刺激和过敏等健康危害，防止辣椒素在空气中持续释放、降低防污功效。
(2)本发明能够实现对辣椒素在海水中的可控缓慢释放，包埋处理后辣椒素的释放率降低约50％，减少辣椒素的浪费，充分发挥辣椒素的防污效率。
(3)用于海洋防污涂料中，可以改善辣椒素在油性涂料中与成膜物质的相容性、在涂料中的分散性、改善防污涂料的力学性能和防沉降性,实现调控防污涂料中辣椒素在海水中的缓释速率，减少辣椒素的浪费，充分发挥辣椒素的防污效率。
附图说明
图1为实施例1～3和对比例1～3制备的含所发明防污剂的自抛光防污涂层的辣椒素释放率曲线图。
具体实施方式
实施例1
将1份质量的合成辣椒碱加入四口烧瓶中，加入200mL灭菌去离子水,令液面没过搅拌桨，将四口烧瓶装置在恒温水浴锅上进行加热搅拌，恒温水浴锅初始温度设置为85℃，搅拌杆转速设置为300r/min，半小时后降低搅拌桨转速，称量2份质量的硅藻土缓慢加入到四口烧瓶中，提高转速至450r/min，使硅藻土均匀分散在辣椒碱悬浮液中，10分钟中后移除水浴锅，降低转速至300r/min，同时向四口烧瓶表面通冷却水直至四口烧瓶中的液体降至室温，令辣椒素结晶析出沉积在硅藻土上，30分钟后降低转速，向四口烧瓶中加入质量为辣椒碱和硅藻土总和5％的丙烯酸自抛光树脂溶液，再次升高转速至450r/min继续搅拌，使丙烯酸自抛光树脂析出在沉积辣椒素的硅藻土上，1小时后将四口烧瓶中的混合液倒出进行过滤干燥，收集干燥后的粉体，用于制备辣椒素防污涂料。将总量10g的经包埋处理辣椒素防污剂直接混合加入到40g无锡自抛光树脂中，混合分散均匀后刷涂在载玻片上制成涂层试样，通过紫外-可见光分光光度仪测量浸泡试样海水在辣椒素特征吸收峰281nm处的吸光度，吸光度越高，说明海水中释放的辣椒素含量越高。分析辣椒素释放率随海水浸泡时间的变化规律，与对比例进行比较评价包埋处理效果。结果见附图1，横坐标为海水浸泡时间(天)，纵坐标为吸光度。
实施例2
将1份质量的合成辣椒碱加入四口烧瓶中，加入200mL灭菌去离子水,令液面没过搅拌桨，将四口烧瓶装置在恒温水浴锅上进行加热搅拌，恒温水浴锅初始温度设置为85℃，搅拌杆转速设置为300r/min，半小时后降低搅拌桨转速，称量2份质量的硅藻土缓慢加入到四口烧瓶中，提高转速至450r/min，使硅藻土均匀分散在辣椒碱悬浮液中，10分钟中后移除水浴锅，降低转速至300r/min，同时向四口烧瓶表面通冷却水直至四口烧瓶中的液体降至室温，令辣椒素结晶析出沉积在硅藻土上，30分钟后降低转速，向四口烧瓶中加入质量为辣椒碱和硅藻土总和10％的丙烯酸自抛光树脂溶液，再次升高转速至400r/min继续搅拌，使丙烯酸自抛光树脂析出在沉积辣椒素的硅藻土上，1.5小时后将四口烧瓶中的混合液倒出进行过滤干燥，收集干燥后的粉体，用于制备辣椒素防污涂料。将总量10g的经包埋处理辣椒素防污剂直接混合加入到40g无锡自抛光树脂中，混合分散均匀后刷涂在载玻片上制成涂层试样，通过紫外-可见光分光光度仪测量浸泡试样海水在辣椒素特征吸收峰281nm处的吸光度，吸光度越高，说明海水中释放的辣椒素含量越高。分析辣椒素释放率随海水浸泡时间的变化规律，与对比例进行比较评价包埋处理效果。结果见附图。
实施例3
将1份质量的合成辣椒碱加入四口烧瓶中，加入200mL灭菌去离子水,令液面没过搅拌桨，将四口烧瓶装置在恒温水浴锅上进行加热搅拌，恒温水浴锅初始温度设置为85℃，搅拌杆转速设置为300r/min，半小时后降低搅拌桨转速，称量2份质量的硅藻土缓慢加入到四口烧瓶中，提高转速至450r/min，使硅藻土均匀分散在辣椒碱悬浮液中，10分钟中后移除水浴锅，降低转速至300r/min，同时向四口烧瓶表面通冷却水直至四口烧瓶中的液体降至室温，令辣椒素结晶析出沉积在硅藻土上，30分钟后降低转速，向四口烧瓶中加入质量为辣椒碱和硅藻土总和15％的丙烯酸自抛光树脂溶液，再次升高转速至450r/min继续搅拌，使丙烯酸自抛光树脂析出在沉积辣椒素的硅藻土上，1小时后将四口烧瓶中的混合液倒出进行过滤干燥，收集干燥后的粉体，用于制备辣椒素防污涂料。将总量10g的经包埋处理辣椒素防污剂直接混合加入到40g无锡自抛光树脂中，混合分散均匀后刷涂在载玻片上制成涂层试样，通过紫外-可见光分光光度仪测量浸泡试样海水在辣椒素特征吸收峰281nm处的吸光度，吸光度越高，说明海水中释放的辣椒素含量越高。分析辣椒素释放率随海水浸泡时间的变化规律，与对比例进行比较评价包埋处理效果。结果见附图。
对比例1
将与上述各实施例1相应质量的丙烯酸自抛光树脂、硅藻土和合成辣椒碱直接混合加入到40g无锡自抛光树脂中，混合分散均匀后刷涂在载玻片上制成涂层试样，作为上述实施例的相应对比例，测量辣椒素释放率随海水浸泡时间的变化规律。结果见附图。
对比例2
将与上述各实施例2相应质量的丙烯酸自抛光树脂、硅藻土和合成辣椒碱直接混合加入到40g无锡自抛光树脂中，混合分散均匀后刷涂在载玻片上制成涂层试样，作为上述实施例的相应对比例，测量辣椒素释放率随海水浸泡时间的变化规律。结果见附图。
对比例3
将与上述各实施例3相应质量的丙烯酸自抛光树脂、硅藻土和合成辣椒碱直接混合加入到40g无锡自抛光树脂中，混合分散均匀后刷涂在载玻片上制成涂层试样，作为上述实施例的相应对比例，测量辣椒素释放率随海水浸泡时间的变化规律。结果见附图。

Claims (8)

1.一种辣椒素防污剂，其特征在于，所述防污剂包括辣椒素、多孔粉体和丙烯酸自抛光树脂；所述辣椒素负载于多孔粉体上形成负载体；所述丙烯酸自抛光树脂包覆所述负载体；防污剂的组成质量比为辣椒素：多孔粉体：丙烯酸自抛光树脂＝1:2～4:0.05～0.15；
所述辣椒素防污剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将10～30g的辣椒素溶解于250mL的去离子水中，于80～90℃搅拌0 .25～1h得到辣椒素悬浮液；所述辣椒素悬浮液的质量浓度为4～12％；
(2)向所述辣椒素悬浮液中加入多孔粉体，使多孔粉体分散于辣椒素悬浮液中，于80～90℃搅拌0.1～0.25h后冷却至室温～40℃，然后搅拌0.5～1h，使辣椒素结晶析出；得到多孔粉体负载辣椒素溶液；
(3)向步骤(2)得到的多孔粉体负载辣椒素溶液中加入丙烯酸自抛光树脂溶液，于室温～40℃搅拌1～2h后，过滤，干燥，得到所述辣椒素防污剂。
2.根据权利要求1所述的辣椒素防污剂，其特征在于，所述多孔粉体为硅藻土、碳纳米管、多孔二氧化钛、多孔氧化锌、多孔二氧化硅中的至少一种；所述多孔粉体的孔径为0.3纳米～2微米。
3.根据权利要求1所述的辣椒素防污剂，其特征在于，所述丙烯酸自抛光树脂为丙烯酸锌、丙烯酸铜和丙烯酸硅树脂中至少一种。
4.根据权利要求1所述的辣椒素防污剂，其特征在于，所述辣椒素为合成辣椒碱、天然辣椒素。
5.根据权利要求1所述的辣椒素防污剂，其特征在于，所述丙烯酸自抛光树脂溶液为70质量份的丙烯酸自抛光树脂溶解于30质量份的二甲苯中。
6.根据权利要求1所述的辣椒素防污剂，其特征在于，步骤(1)的搅拌转速为200～300r/min；步骤(2)的搅拌转速为300～450r/min，步骤(3)的搅拌转速为200～300r/min。
7.一种辣椒素防污涂料，其特征在于，所述辣椒素防污涂料包括权利要求1~6任一项所述辣椒素防污剂。
8.一种防污涂层，其特征在于，所述涂层由权利要求7所述的防污涂料涂布制得。
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