CN114605871A - 一种海洋生物质基船舶防腐防污材料 - Google Patents

一种海洋生物质基船舶防腐防污材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海洋生物质基船舶防腐防污材料，涉及防腐防污涂料技术领域，本发明以海洋生物质材料壳聚糖作为原料经化学改性手段制备改性壳聚糖以作为涂料的成膜物质，并添加颜填料、润湿分散剂、助溶剂、消泡剂、流平剂、防沉剂作为涂料助剂，制得的涂料不仅环保性强，而且固化后所形成的涂层具有很好的防腐防污效果，有效防止海洋环境腐蚀船舶构件以及海洋生物在船舶构件上附着生长，从而延长船舶构件的使用寿命以及保证船舶构件的使用质量。

Description

一种海洋生物质基船舶防腐防污材料
技术领域：
本发明涉及防腐防污涂料技术领域，具体涉及一种海洋生物质基船舶防腐防污材料。
背景技术：
海藻是一种天然的海洋生物质资源，取之不尽、用之不竭，我国是海藻生产大国，产量位居世界首位，已经形成一个集育苗、养殖、加工与销售于一体的产业链。从海藻中提取的甲壳素、壳聚糖、纤维素等海洋生物质材料具有清洁环保、成本低廉、可海水降解等优点，可快速规模化替代现有难降解聚合物材料和制品，推动我国在海水可降解材料领域的发展，保障我国海洋藻类及相关制品产业的高质量发展，提升我国海洋材料产业在全球产业链中的竞争力。
海洋腐蚀是指金属构件在海洋环境中发生的腐蚀。海水本身是一种强的腐蚀介质，同时波、浪、潮、流又对金属构件产生低频往复力和冲击，加上海洋微生物、附着生物及其代谢物等会对腐蚀过程产生直接或者间接的加速作用。海洋腐蚀主要是局部腐蚀，从金属构件的表面开始，在很小的区域内发生腐蚀。目前，涂刷防腐防污涂料是防止海洋生物在金属构件上附着生长以及防止金属构件表面发生腐蚀的有效措施。
本发明旨在提供一种海洋生物质基船舶防腐防污材料，利用海洋生物质材料制备船舶防腐防污材料，解决现有海洋生物质材料所存在的应用缺陷，优化所制防腐防污材料对船舶的防腐防污效果。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种海洋生物质基船舶防腐防污材料，采用壳聚糖作为原料，先制备改性壳聚糖再添加功能助剂制得海洋生物质基复合材料，满足船舶的防腐防污性能要求。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种海洋生物质基船舶防腐防污材料，包括以下重量百分比的组分：
改性壳聚糖20-30％、颜填料10-20％、润湿分散剂1-5％、助溶剂1-5％、消泡剂0.2-0.5％、流平剂0.2-0.5％、防沉剂0.2-0.5％，其余为去离子水；
所述改性壳聚糖的制备方法为：将壳聚糖溶解于醋酸溶液中，然后加入2-[(2,2,3,3,3-五氟丙氧基)甲基]环氧乙烷和辛酸亚锡，升温至回流状态下进行反应，反应结束后趁热过滤，取滤液，减压浓缩除去溶剂，真空干燥，得到改性壳聚糖。
本发明通过壳聚糖与2-[(2,2,3,3,3-五氟丙氧基)甲基]环氧乙烷反应制得改性壳聚糖，反应机理是利用壳聚糖分子中的氨基与2-[(2,2,3,3,3-五氟丙氧基)甲基]环氧乙烷分子中的环氧基发生开环反应，而辛酸亚锡作为催化剂以加快反应进程。
虽然壳聚糖与2-[(2,2,3,3,3-五氟丙氧基)甲基]环氧乙烷发生的开环反应属于已知的化学反应类型，并且2-[(2,2,3,3,3-五氟丙氧基)甲基]环氧乙烷属于已知化合物，但在本发明中是将2-[(2,2,3,3,3-五氟丙氧基)甲基]环氧乙烷应用于壳聚糖的化学改性，制备的改性壳聚糖所解决的技术问题是作为涂料的成膜物质以提高涂层的防腐防污性能。
所述醋酸溶液的质量分数为1-3％。
所述壳聚糖、2-[(2,2,3,3,3-五氟丙氧基)甲基]环氧乙烷的摩尔比为1:1。
所述辛酸亚锡的用量为壳聚糖质量的0.5％。
所述颜填料为滑石粉、钛白粉、云母粉中的一种或几种。
所述润湿分散剂为非离子型润湿分散剂。月桂醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、
所述助溶剂为醇类溶剂、醇醚类溶剂中的一种或几种。
所述消泡剂为有机硅消泡剂HZX-202、矿物油消泡剂中的一种或几种。
所述流平剂为有机硅流平剂BYK331、丙烯酸酯流平剂BKY399中的一种或几种。
所述防沉剂为聚酰胺蜡、气相二氧化硅、有机膨润土中的一种或几种。
本发明以改性壳聚糖代替本领域常用的环氧树脂或其他树脂作为涂料的成膜物质，在不加入固化剂的条件下即可在船舶构件表面形成具有防腐防污作用的涂层，解决了现有壳聚糖无法完全替代树脂作为涂料成膜物质或所形成的涂层无法满足海洋环境应用性能要求的问题。
本发明利用制备的改性壳聚糖制成水性涂料，解决了现有溶剂型涂料所存在的成本高和污染环境的问题，并且制备的改性壳聚糖能够增强涂层的防腐防污效果。
本发明的有益效果是：本发明以海洋生物质材料壳聚糖作为原料经化学改性手段制备改性壳聚糖以作为涂料的成膜物质，并添加颜填料、润湿分散剂、助溶剂、消泡剂、流平剂、防沉剂作为涂料助剂，制得的涂料不仅环保性强，而且固化后所形成的涂层具有很好的防腐防污效果，有效防止海洋环境腐蚀船舶构件以及海洋生物在船舶构件上附着生长，从而延长船舶构件的使用寿命以及保证船舶构件的使用质量。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
以下实施例中的改性壳聚糖的制备方法为：将0.1mol壳聚糖溶解于质量分数3％的醋酸溶液中，然后加入0.1mol 2-[(2,2,3,3,3-五氟丙氧基)甲基]环氧乙烷和辛酸亚锡，辛酸亚锡的用量为壳聚糖质量的0.5％，升温至回流状态下进行反应4h，反应结束后趁热过滤，取滤液，减压浓缩除去溶剂，55℃下真空干燥，得到改性壳聚糖。
壳聚糖来源于浙江金壳生物化学有限公司，钛白粉来源于石家庄中德化工科技有限公司的金红石型钛白粉，滑石粉来源于江西恒盛泰新材料有限公司的325目滑石粉，云母粉来源于滁州万桥绢云母有限公司，有机膨润土来源于安吉天裕膨润土有限公司的TY-138C有机膨润土，气相二氧化硅来源于德国瓦克气相二氧化硅T40，聚酰胺蜡来源于江西百盛精细化学品有限公司。
实施例1
将以下重量百分比的组分在转速1000r/min下混合30min配制涂料，改性壳聚糖25％、钛白粉15％、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10 4％、乙二醇醚4％、有机硅消泡剂HZX-2020.5％、丙烯酸酯流平剂BKY399 0.5％、气相二氧化硅0.4％，其余为去离子水。
实施例2
将以下重量百分比的组分在转速1000r/min下混合30min配制涂料，改性壳聚糖30％、滑石粉20％、月桂醇聚氧乙烯醚5％、异丙醇5％、有机硅消泡剂HZX-202 0.5％、有机硅流平剂BYK331 0.5％、聚酰胺蜡0.5％，其余为去离子水。
实施例3
将以下重量百分比的组分在转速1000r/min下混合30min配制涂料，改性壳聚糖20％、云母粉10％、月桂醇聚氧乙烯醚3％、异丙醇3％、有机硅消泡剂HZX-202 0.3％、有机硅流平剂BYK331 0.3％、有机膨润土0.4％，其余为去离子水。
实施例4
将以下重量百分比的组分在转速1000r/min下混合30min配制涂料，改性壳聚糖25％、滑石粉20％、烷基酚聚氧乙烯醚OP-10 3％、异丙醇2％、乙二醇醚1％、有机硅消泡剂HZX-202 0.5％、有机硅流平剂BYK331 0.2％、丙烯酸酯流平剂BKY399 0.1％、气相二氧化硅0.3％，其余为去离子水。
对比例1
将实施例1中的改性壳聚糖替换为采用以下方法制备的改性壳聚糖，得到对比例1，其余完全同实施例1。
将0.1mol壳聚糖溶解于质量分数3％的醋酸溶液中，然后加入0.1mol环氧丙烷和辛酸亚锡，辛酸亚锡的用量为壳聚糖质量的0.5％，升温至回流状态下进行反应4h，反应结束后趁热过滤，取滤液，减压浓缩除去溶剂，55℃下真空干燥，得到改性壳聚糖。
对比例2
将实施例1中的改性壳聚糖替换为未经化学改性的壳聚糖，得到对比例2，其余完全同实施例1。
依照GB/T 5370-2007《防污漆样板浅海浸泡试验方法》测试上述实施例和对比例所制涂料的防腐防污效果，测试时间12个月，平行测试5组，取平均值，结果见下表。
生物覆盖面积 漆膜物理状态
实施例1 ＜0.5％ 剥落面积＜1％，腐蚀生锈面积＜1％
实施例2 ＜0.5％ 剥落面积＜1％，腐蚀生锈面积＜1％
实施例3 ＜0.5％ 剥落面积＜1％，腐蚀生锈面积＜1％
实施例4 ＜0.5％ 剥落面积＜1％，腐蚀生锈面积＜1％
对比例1 ＞70％ 无法固化形成漆膜，腐蚀生锈面积＞50％
对比例2 ＞70％ 无法固化形成漆膜，腐蚀生锈面积＞50％
由上表可知，本发明制备的涂料具有良好的防腐防污效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种海洋生物质基船舶防腐防污材料，其特征在于：包括以下重量百分比的组分：
改性壳聚糖20-30％、颜填料10-20％、润湿分散剂1-5％、助溶剂1-5％、消泡剂0.2-0.5％、流平剂0.2-0.5％、防沉剂0.2-0.5％，其余为去离子水；
所述改性壳聚糖的制备方法为：将壳聚糖溶解于醋酸溶液中，然后加入2-[(2,2,3,3,3-五氟丙氧基)甲基]环氧乙烷和辛酸亚锡，升温至回流状态下进行反应，反应结束后趁热过滤，取滤液，减压浓缩除去溶剂，真空干燥，得到改性壳聚糖。
2.根据权利要求1所述的海洋生物质基船舶防腐防污材料，其特征在于：所述醋酸溶液的质量分数为1-3％。
3.根据权利要求1所述的海洋生物质基船舶防腐防污材料，其特征在于：所述壳聚糖、2-[(2,2,3,3,3-五氟丙氧基)甲基]环氧乙烷的摩尔比为1:1。
4.根据权利要求1所述的海洋生物质基船舶防腐防污材料，其特征在于：所述辛酸亚锡的用量为壳聚糖质量的0.5％。
5.根据权利要求1所述的海洋生物质基船舶防腐防污材料，其特征在于：所述颜填料为滑石粉、钛白粉、云母粉中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的海洋生物质基船舶防腐防污材料，其特征在于：所述润湿分散剂为非离子型润湿分散剂。
7.根据权利要求1所述的海洋生物质基船舶防腐防污材料，其特征在于：所述助溶剂为醇类溶剂、醇醚类溶剂中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的海洋生物质基船舶防腐防污材料，其特征在于：所述消泡剂为有机硅消泡剂、矿物油消泡剂中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的海洋生物质基船舶防腐防污材料，其特征在于：所述流平剂为有机硅流平剂、丙烯酸酯流平剂中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的海洋生物质基船舶防腐防污材料，其特征在于：所述防沉剂为聚酰胺蜡、气相二氧化硅、有机膨润土中的一种或几种。
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