CN113056532A - 一种离子型硅凝胶防污涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种离子型硅凝胶防污涂料，包括甲组分和乙组分:甲组分包括双聚乙二醇封端的聚二甲基硅氧烷、羟基封端聚二甲基硅氧烷、颜料和溶剂:乙组分包括双[3‑(三乙氧基硅)丙基]胺、两性离子丙烯酸单体和溶剂。该防污涂料的制备方法包括甲组分和乙组分的制备方法:甲组分的制备方法为:将双聚乙二醇封端的聚二甲基硅氧、溶剂和颜料进行搅拌分散:乙组分的制备方法为:在无水、氮气氛围和35℃条件下，将双[3‑(三乙氧基硅)丙基]胺、两性离子丙烯酸单体和溶剂进行超声分散。

Description

一种离子型硅凝胶防污涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及化工材料技术领域，特别涉及一种离子型硅凝胶防污涂料及其制备方法。
背景技术
船体，海洋建筑物的表面的生物粘附是一个复杂的、动态的过程，涉及多种因素，单一防污策略很难达到有效、长效的防污效果，正如海洋生物表皮的多种防污机制的协同作用，防污也应该考虑多种协同的防污策略，以达到期望的防污效果。
近年来，随着人们对海洋环境保护的日益重视，无毒防污涂料的研究取得了一定的进展，含有无毒天然防污剂的涂料由于天然防污剂的难以获得，而无法大规模应用，由此，科研的方向开始朝向不含防污剂的生物污损释放型涂层。
WO2013107827A1公开了污损释放型防污涂料的优点，对海洋环境友好，可以最大限度的减少船舶燃料消耗，但是这种涂层优选应用在航速15节的船舶上，而在运动较慢的船舶或者静止的表面上，应用效果则不理想，容易受污垢污染。
而EP3617278A公开了纯硅基污损涂层在高污染静止海洋环境难以形成低生物污染的表面。
发明内容
为解决现有技术中在高污染静止海洋环境下不能有效防止海洋生物附着以及防污涂料对环境不够友好的问题，本发明提供一种离子型硅凝胶防污涂料，包括甲组分和乙组分；
其中，所述甲组分包括双聚乙二醇封端的聚二甲基硅氧烷(BPEG-PDMS)、羟基封端聚二甲基硅氧烷(PDMS)、颜料和溶剂；所述乙组分包括双[3-(三乙氧基硅)丙基]胺(BTSA)、两性离子丙烯酸单体和溶剂。
在上述方案的基础上，进一步地，所述甲组分包括以下重量份的原料：所述双聚乙二醇封端的聚二甲基硅氧为5～25份，所述羟基封端聚二甲基硅氧烷(PDMS)为40～60份，所述颜料为2～4份，所述溶剂为5～10份。
在上述方案的基础上，进一步地，所述颜料选自钛白、铁黄、铁红和碳黑中的一种或多种。
在上述方案的基础上，进一步地，所述双聚乙二醇封端的聚二甲基硅氧烷(BPEG-PDMS)的结构式如下所示：
Figure BDA0003038264290000021
其中，所述b为15～25，c为15～20。
在上述方案的基础上，进一步地，所述羟基封端聚二甲基硅氧烷(PDMS)的结构式如下所示：
Figure BDA0003038264290000022
其中，所述a为150～250。
在上述方案的基础上，进一步地，所述甲组分的制备方法为：将双聚乙二醇封端的聚二甲基硅氧、溶剂和颜料进行搅拌分散，所述搅拌分散优选以2000rpm转速进行分散40min。
在上述方案的基础上，进一步地，所述乙组分包括以下重量份的原料：所述乙组分包括以下重量份的原料：所述双[3-(三乙氧基硅)丙基]胺(BTSA)为10～30份，所述两性离子丙烯酸单体为1～10份，所述溶剂为5～10份。
在上述方案的基础上，进一步地，所述两性离子丙烯酸单体为[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(SBA)和3-[[2-(丙烯酰氧)乙基]二甲基铵]丙酸酯中的一种或两种。
在上述方案的基础上，进一步地，所述乙组分的制备方法为：在无水、氮气氛围和35℃条件下，将双[3-(三乙氧基硅)丙基]胺(BTSA)、两性离子丙烯酸单体和溶剂进行超声分散，所述超声分散的时间优选为1h。
在上述方案的基础上，进一步地，所述溶剂为甲苯、二甲苯、丙酮和甲基异丁基甲酮中的一种。
本发明还提供一种离子型硅凝胶防污涂料的制备方法，包括以下甲组分和乙组分的制备方法：
所述甲组分的制备方法为：将双聚乙二醇封端的聚二甲基硅氧、溶剂和颜料进行搅拌分散，所述搅拌分散优选以2000rpm转速进行分散40min；
所述乙组分的制备方法为：在无水、氮气氛围和35℃条件下，将双[3-(三乙氧基硅)丙基]胺(BTSA)、两性离子丙烯酸单体和溶剂进行超声分散，所述超声分散的时间优选为1h。
在上述方案的基础上，进一步地，所述甲组分包括以下重量份的原料：所述双聚乙二醇封端的聚二甲基硅氧为5～25份，所述羟基封端聚二甲基硅氧烷(PDMS)为40～60份，所述颜料为2～4份，所述溶剂为5～10份。
在上述方案的基础上，进一步地，所述甲组分包括以下重量份的原料：所述双聚乙二醇封端的聚二甲基硅氧为5～25份，所述羟基封端聚二甲基硅氧烷(PDMS)为40～60份，所述颜料为2～4份，所述溶剂为5～10份。
在上述方案的基础上，进一步地，所述颜料选自钛白、铁黄、铁红和碳黑中的一种或多种。
在上述方案的基础上，进一步地，所述双聚乙二醇封端的聚二甲基硅氧烷(BPEG-PDMS)的结构式如下所示：
Figure BDA0003038264290000041
其中，所述b为15～25，c为15～20。
在上述方案的基础上，进一步地，所述羟基封端聚二甲基硅氧烷(PDMS)的结构式如下所示：
Figure BDA0003038264290000042
其中，所述a为150～250。
在上述方案的基础上，进一步地，所述乙组分包括以下重量份的原料：所述乙组分包括以下重量份的原料：所述双[3-(三乙氧基硅)丙基]胺(BTSA)为10～30份，所述两性离子丙烯酸单体为1～10份，所述溶剂为5～10份。
在上述方案的基础上，进一步地，所述两性离子丙烯酸单体为[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(SBA)和3-[[2-(丙烯酰氧)乙基]二甲基铵]丙酸酯(CBA)中的一种或两种。
在上述方案的基础上，进一步地，所述溶剂为甲苯、二甲苯、丙酮和甲基异丁基甲酮中的一种。
本发明提供的一种离子型硅凝胶防污涂料及其制备方法，与现有技术相比，具有以下优点：采用双[3-(三乙氧基硅)丙基]胺(BTSA)与两性离子单体反应生成具有两性离子性的硅烷偶联剂，同时叔胺类型的两性离子性的硅烷偶联剂能够很好的自催化与BPEG-PDMS、PDMS反应；从而将两性离子电荷的排斥特性、PDMS的污损脱附特性以及聚乙二醇PEG的抗蛋白特性，融合在一个防污涂层体系，得到仿生结构表面涂层，可以在高污染静止海洋环境下有效防止海洋生物附着。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种离子型硅凝胶防污涂料的防污示意图；
图2为本发明提供的一种离子型硅凝胶防污涂料的硅藻粘附性能测试结果柱状图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明还提供如下所示实施例和对比例：
表1实施例1-3各组分表
Figure BDA0003038264290000051
Figure BDA0003038264290000061
表2实施例4-6各组分表
Figure BDA0003038264290000062
实施例1
所述BPEG-PDMS的b为15，c为15；PDMS的a为150；甲组分中的溶剂为甲苯；颜料为钛白；两性离子丙烯酸单体为SBA；乙组分中的溶剂为二甲苯；
并按照以下制备方法：
甲组分制备方法为：将BPEG-PDMS、PDMS、甲苯和钛白，以2000rpm转速分散40分钟，搅拌均匀；
乙组分的制备方法为：将BTSA、SBA和二甲苯，在无水、氮气氛围和35℃条件下，超声分散1小时。
实施例2
所述BPEG-PDMS的b为20，c为18；PDMS的a为200；甲组分中的溶剂为甲苯；颜料为铁黄；两性离子丙烯酸单体为CBA；乙组分中的溶剂为二甲苯；
并按照以下制备方法：
甲组分制备方法为：将BPEG-PDMS、PDMS、甲苯和铁黄，以2000rpm转速分散40分钟，搅拌均匀；
乙组分的制备方法为：将BTSA、CBA和二甲苯，在无水、氮气氛围和35℃条件下，超声分散1小时。
实施例3
所述BPEG-PDMS的b为22，c为18；PDMS的a为225；甲组分中的溶剂为甲苯；颜料为铁红；两性离子丙烯酸单体为SBA；乙组分中的溶剂为二甲苯；
并按照以下制备方法：
甲组分制备方法为：将BPEG-PDMS、PDMS、甲苯和铁红，以2000rpm转速分散40分钟，搅拌均匀；
乙组分的制备方法为：将BTSA、SBA和二甲苯，在无水、氮气氛围和35℃条件下，超声分散1小时。
实施例4
所述BPEG-PDMS的b为23，c为19；PDMS的a为240；甲组分中的溶剂为丙酮；颜料为炭黑；两性离子丙烯酸单体为CBA；乙组分中的溶剂为丙酮；
并按照以下制备方法：
甲组分制备方法为：将BPEG-PDMS、PDMS、丙酮和炭黑，以2000rpm转速分散40分钟，搅拌均匀；
乙组分的制备方法为：将BTSA、CBA和丙酮，在无水、氮气氛围和35℃条件下，超声分散1小时。
实施例5
所述BPEG-PDMS的b为17，c为21；PDMS的a为190；甲组分中的溶剂为甲基异丁基甲酮；颜料为铁红；两性离子丙烯酸单体为SBA；乙组分中的溶剂为丙酮；
并按照以下制备方法：
甲组分制备方法为：将BPEG-PDMS、PDMS、甲基异丁基甲酮和铁红，以2000rpm转速分散40分钟，搅拌均匀；
乙组分的制备方法为：将BTSA、SBA和丙酮，在无水、氮气氛围和35℃条件下，超声分散1小时。
实施例6
所述BPEG-PDMS的b为25，c为18；PDMS的a为240；甲组分中的溶剂为二甲苯；颜料为铁红；两性离子丙烯酸单体为CBA；乙组分中的溶剂为甲苯；
并按照以下制备方法：
甲组分制备方法为：将BPEG-PDMS、PDMS、二甲苯和铁红，以2000rpm转速分散40分钟，搅拌均匀；
乙组分的制备方法为：将BTSA、CBA和甲苯，在无水、氮气氛围和35℃条件下，超声分散1小时。
对比例
采用市售的intersleek900型号的防污涂料；
上述的实施例按照甲：乙＝2:1(质量比)进行测试，并与对比例进行如下测试：
表3实施例和对比例涂层接触角测试结果
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
接触角(°) 102 103 105 104
测试项目 实施例5 实施例6 对比例 \
接触角(°) 104 107 109 \
根据表3的接触角测试结果表明所制备的涂层有疏水性。
硅藻粘附实验：采用舟形藻对涂层进行抗硅藻粘附实验。硅藻用F/2培养基培养，条件为25℃下的12：12小时光照-黑暗循环。将3.0mL浓度为1.0*105cells/mL的硅藻悬浮液加到涂布有聚合物涂膜的玻璃片的24孔板的每一个孔中，随后培养24小时。随后，用已灭菌已过滤的人工海水轻轻冲玻璃片以除去未附着的硅藻。用光学显微镜(Scope A1,Zeiss)观察并取5个视野计数，每种PDMS基涂层均用3个平行样测试以得到平均值。
根据图2结果显示，可以得出具有两性离子和PEG-PDMS的硅凝胶具有良好的抗硅藻粘附性能。
对两性离子硅凝胶防污涂料实施例、对比例按照国家标准GB/T5370-2007《防污漆样板浅海浸泡试验方法》进行检测，测试结果如下表所示：
表4离子型硅凝胶防污涂料防污结果(挂板4个月)
Figure BDA0003038264290000091
Figure BDA0003038264290000101
从上述数据，即表3，图2和表4的测试结果，可以看出本发明提供的离子型硅凝胶防污涂层的防污效果良好。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (19)

1.一种离子型硅凝胶防污涂料，其特征在于，包括甲组分和乙组分；
其中，所述甲组分包括双聚乙二醇封端的聚二甲基硅氧烷、羟基封端聚二甲基硅氧烷、颜料和溶剂；所述乙组分包括双[3-(三乙氧基硅)丙基]胺、两性离子丙烯酸单体和溶剂。
2.根据权利要求1所述的离子型硅凝胶防污涂料，其特征在于，所述甲组分包括以下重量份的原料：所述双聚乙二醇封端的聚二甲基硅氧为5～25份，所述羟基封端聚二甲基硅氧烷为40～60份，所述颜料为2～4份，所述溶剂为5～10份。
3.根据权利要求1或2所述的离子型硅凝胶防污涂料，其特征在于：所述颜料选自钛白、铁黄、铁红和碳黑中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的离子型硅凝胶防污涂料，其特征在于，所述双聚乙二醇封端的聚二甲基硅氧烷的结构式如下所示：
Figure FDA0003038264280000011
其中，所述b为15～25，c为15～20。
5.根据权利要求1或2所述的离子型硅凝胶防污涂料，其特征在于，所述羟基封端聚二甲基硅氧烷的结构式如下所示：
Figure FDA0003038264280000012
其中，所述a为150～250。
6.根据权利要求1～5任一项所述的离子型硅凝胶防污涂料，其特征在于，所述甲组分的制备方法为：将双聚乙二醇封端的聚二甲基硅氧、溶剂和颜料进行搅拌分散。
7.根据权利要求1所述的离子型硅凝胶防污涂料，其特征在于，所述乙组分包括以下重量份的原料：所述乙组分包括以下重量份的原料：所述双[3-(三乙氧基硅)丙基]胺为10～30份，所述两性离子丙烯酸单体为1～10份，所述溶剂为5～10份。
8.根据权利要求1或7所述的离子型硅凝胶防污涂料，其特征在于：所述两性离子丙烯酸单体为[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵和3-[[2-(丙烯酰氧)乙基]二甲基铵]丙酸酯中的一种或两种。
9.根据权利要求1或7或8所述的离子型硅凝胶防污涂料，其特征在于，所述乙组分的制备方法为：在无水、氮气氛围和35℃条件下，将双[3-(三乙氧基硅)丙基]胺、两性离子丙烯酸单体和溶剂进行超声分散。
10.根据权利要求1～9任一项所述的离子型硅凝胶防污涂料，其特征在于，所述溶剂为甲苯、二甲苯、丙酮和甲基异丁基甲酮中的一种。
11.一种离子型硅凝胶防污涂料的制备方法，其特征在于，包括以下甲组分和乙组分的制备方法：
所述甲组分的制备方法为：将双聚乙二醇封端的聚二甲基硅氧、溶剂和颜料进行搅拌分散；
所述乙组分的制备方法为：在无水、氮气氛围和35℃条件下，将双[3-(三乙氧基硅)丙基]胺、两性离子丙烯酸单体和溶剂进行超声分散。
12.根据权利要求11所述的离子型硅凝胶防污涂料的制备方法，其特征在于，所述甲组分包括以下重量份的原料：所述双聚乙二醇封端的聚二甲基硅氧为5～25份，所述羟基封端聚二甲基硅氧烷为40～60份，所述颜料为2～4份，所述溶剂为5～10份。
13.根据权利要求11或12所述的离子型硅凝胶防污涂料的制备方法，其特征在于，所述甲组分包括以下重量份的原料：所述双聚乙二醇封端的聚二甲基硅氧为5～25份，所述羟基封端聚二甲基硅氧烷为40～60份，所述颜料为2～4份，所述溶剂为5～10份。
14.根据权利要求11-13任一项所述的离子型硅凝胶防污涂料的制备方法，其特征在于：所述颜料选自钛白、铁黄、铁红和碳黑中的一种或多种。
15.根据权利要求11-13任一项所述的离子型硅凝胶防污涂料的制备方法，其特征在于，所述双聚乙二醇封端的聚二甲基硅氧烷的结构式如下所示：
Figure FDA0003038264280000031
其中，所述b为15～25，c为15～20。
16.根据权利要求11-13任一项所述的离子型硅凝胶防污涂料的制备方法，其特征在于，所述羟基封端聚二甲基硅氧烷的结构式如下所示：
Figure FDA0003038264280000032
其中，所述a为150～250。
17.根据权利要求11所述的离子型硅凝胶防污涂料的制备方法，其特征在于，所述乙组分包括以下重量份的原料：所述乙组分包括以下重量份的原料：所述双[3-(三乙氧基硅)丙基]胺为10～30份，所述两性离子丙烯酸单体为1～10份，所述溶剂为5～10份。
18.根据权利要求11或17所述的离子型硅凝胶防污涂料的制备方法，其特征在于：所述两性离子丙烯酸单体为[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵和3-[[2-(丙烯酰氧)乙基]二甲基铵]丙酸酯中的一种或两种。
19.根据权利要求11～18任一项所述的离子型硅凝胶防污涂料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为甲苯、二甲苯、丙酮和甲基异丁基甲酮中的一种。
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