CN115418165A - 一种环境友好型污损生物防护涂层（膜）及其制备和应用方法 - Google Patents

一种环境友好型污损生物防护涂层（膜）及其制备和应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及环境友好型污损生物防护涂层(膜)领域，具体涉及一种环境友好型污损生物防护涂层及其制备和应用方法。包括：其中A组份包括：有机硅树脂基料、补强填料、纳米粒子、消泡剂、抑制剂、助剂；B组份包括：乙烯基硅油、MQ硅树脂、卡斯特铂金催化剂。本发明制备的涂层材料以有机硅为成膜物质，具有低表面能特性，不利于污损生物粘附；利用纳米二氧化钛在涂层表面构建微表面，污损生物足丝附着在材料表面后，足丝与涂层材料界面之间形成微观“隔离层”，进而减小污损生物在材料表面附着力，同时本发明中添加的纳米二氧化钛具有一定杀菌作用，减小细菌粘附；涂层具有一定弹性，水流冲击作用下存在微振动，不利于污损生物附着。

Description

一种环境友好型污损生物防护涂层(膜)及其制备和应用方法
技术领域
本发明涉及环境友好型生物污损防护涂层(膜)领域，具体涉及一种环境友好型污损生物防护涂层及其制备和应用方法。
背景技术
淡水壳菜(一种污损生物)，属贻贝科，在我国最早发现于福建和浙江沿海地区，其后随船舶等媒介逐渐向长江流域、黄河流域及北方地区入侵。航运及大型跨流域水利工程(如：中国南水北调工程等)及人类活动使得流域间的连通性逐渐增强，淡水壳菜的扩散、传播呈现出加剧态势。当前，淡水壳菜在中国、日本、东南亚、南美洲等国家和地区广泛扩散，传播范围逐步扩大，对结构造成了严重污损。淡水壳菜对输水建筑物污损问题已经成为亟待解决的问题。
淡水壳菜高密度附着于长距离输水建筑物内壁面，影响输水建筑物输水能力及效率，其代谢的酸液会侵蚀混凝土，对输水结构运行安全具有一定的威胁，影响其使用寿命。当前针对淡水壳菜防治有多种方法，如：封闭缺氧法、足丝溶解法、超声波法、水力学法等，但是上述方法有一定的局限性，对大型长距离输水建筑物适用性欠佳。
涂层法是一种可广泛实施的防治方法。当前市场上已有的防护涂层防护效果欠佳、或者存在对环境有害物质渗出成份，且部分材料水下浸泡后鼓包、脱落，不适用于长距离饮用水输水工程。目前经济、有效、无毒、环保的生物污损防护涂层相对较少。因此，针对水利工程等领域生物污损防治问题，亟需开发一种防护效果好、无毒、环保的防护涂层，以减小污损生物对建筑物的侵蚀，提高结构安全性及使用寿命。
发明内容
针对上述存在的污损生物附着在输水建筑物内壁难题，本发明提出了一种环境友好型污损生物防护涂层，该涂层具有无毒、高效、绿色环保等优点，克服了目前市场上现有防护材料中不足，通过材料本身物理特征实现材料表面生物污损释放，进而达到长效防污目的。为解决污损生物附着在输水建筑物等结构表面附着难题提供了一种新的解决方法，进而实现输水建筑物内壁污损生物防治。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种环境友好型污损生物防护涂层，包括：A组份和B组份，其中A组份包括：有机硅树脂基料、补强填料、纳米粒子、消泡剂、抑制剂、助剂；B组份包括：乙烯基硅油、MQ硅树脂、卡斯特铂金催化剂。
优选的，所述有机硅树脂基料为乙烯基硅油和含氢硅油，所述补强填料为白炭黑、MQ硅树脂，所述纳米粒子为纳米二氧化钛和纳米聚四氟乙烯，所述消泡剂为二甲基硅油。
优选的，所述A组份所含原料质量份为：乙烯基硅油70-100质量份，MQ硅树脂20-40质量份，含氢硅油3-15质量份，白炭黑0-20质量份，纳米二氧化钛0.5-15质量份，纳米聚四氟乙烯0-10质量份，二甲基硅油0.1-1质量份，抑制剂0-0.1质量份。
优选的，所述抑制剂为乙炔基环己醇、马来酸二稀丙酯、富马酸二乙酯、甲基丁炔醇中的任一种。
优选的，所述B组份所含原料质量份为：乙烯基硅油100质量份，MQ硅树脂20-40质量份，卡斯特铂金催化剂0.5-5质量份。
优选的，所述白炭黑采用二甲基二氯硅烷、六甲基二硅氮烷、硅烷偶联剂中的任一种进行表面处理，粒径5-100nm；所述球形纳米二氧化钛采用硅烷偶联剂进行表面处理。
一种环境友好型污损生物防护涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照A组份：将20-40份MQ硅树脂加入70-100质量份乙烯基硅油中，热溶、脱低后得到MQ/乙烯基硅油混合液；
步骤2：称量含氢硅油3-15质量份，将称量的含氢硅油与MQ/乙烯基硅油混合液倒入反应釜A中搅拌混合，搅拌10-30min，转速1000-3000r/min；得到A组份涂层初步制备体；
步骤3：向步骤2的分散后的混合液中加入0-20份白炭黑、0.5-15质量份的纳米二氧化钛和0-10质量份纳米聚四氟乙烯，0.1-1质量份二甲基硅油，高速分散研磨60-150min，转速5000-7000r/min；
步骤4：向步骤3的高速分散研磨后的混合液中加入0-0.1质量份的抑制剂，搅拌10-30min，转速1000-3000r/min，得到污损生物防护涂层的A组份；
步骤5：称量乙烯基硅油100质量份，MQ硅树脂20-40份，卡斯特铂金催化剂0.5-5质量份，将称量的乙烯基硅油，MQ硅树脂，卡斯特铂金催化剂放入反应釜B中混合，搅拌10-30min，转速1000-3000r/min，得到污损生物防护涂层的B组份。
一种环境友好型污损生物防护涂层的应用方法，包括以下步骤：
步骤1：将需要涂布的混凝土表面修理平整，除去浮尘，喷砂，混凝土基面含水率控制在6％以下，环境温度为10-35℃；
步骤2：将污损生物防护涂层的A组份和B组份按照质量份9:1称取，并搅拌混合均匀；
步骤3：在步骤1处理后的混凝土表面涂布底涂试剂，方案一：底涂试剂为硅烷偶联剂、乙醇、乙酸、去离子水/蒸馏水的混合液，底涂剂使用前需充分水解，涂布基面后室温干燥24-48h，或80℃-120℃加热干燥15-30min；方案二：采用硅烷偶联剂与乙醇混合液，涂布完毕后干燥15-60min；方案三：其他专用底涂剂。
步骤4：采用喷涂或者刮涂方式在步骤3处理过后的混凝土基面上涂布步骤2混合后的污损生物防护涂层，涂布2-5遍，总厚度为0.5-2.0mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明制备的涂层材料以有机硅为成膜物质，并通过球形纳米粒子辅助，赋予污损生物防护涂层(膜)低表面能特性，涂层表面能位于10-35mN/m之间且光滑，不利于污损生物粘附。且本发明在制备过程中未使用任何有机溶剂、未添加防污剂及渗出性毒料，绿色、环保，主要通过材料本身“物理特征”实现污损释放。
(2)本发明利用球形纳米二氧化钛实现了涂层表面构建纳米级“微观粗糙表面”结构，并可通过纳米粒子含量与尺寸进行微结构调控，污损生物足丝附着在材料表面后，足丝与涂层材料界面之间形成微观“隔离层”，进而减小污损生物在材料表面附着力，同时本发明中添加的纳米二氧化钛具有杀菌作用，减小细菌粘附。
(3)本发明制备的涂层(膜)具有一定弹性，水流冲击作用下存在微振动，不利于污损生物附着。本发明利用涂层(膜)低表面能+微结构+低弹模(微振动)三者之间的协同效应最终实现减小污损生物附着目的。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明的制备方法流程图；
图2为某饮用水输水建筑物内部污损生物附着状况示意图。
图3为本发明的微观防护机理示意图；
图4为本发明实际涂覆效果示意图；
图5为本发明表面接触接触角测试图；
图6为本发明某工况实施效果场发射电镜图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种环境友好型污损生物防护涂层，包括：A组份和B组份，其中A组份包括：有机硅树脂基料、补强填料、纳米粒子、消泡剂、抑制剂、助剂；B组份包括：乙烯基硅油、MQ硅树脂、卡斯特铂金催化剂。
所述有机硅树脂基料为乙烯基硅油和含氢硅油，所述补强填料为白炭黑、MQ硅树脂，所述纳米粒子为纳米二氧化钛和纳米聚四氟乙烯，所述消泡剂为二甲基硅油。
所述A组份所含原料质量份为：乙烯基硅油70-100质量份，乙烯基硅油粘度位于1000-15000cs之间，MQ硅树脂20-40质量份，对于MQ硅树脂，M:Q比值为0.8，含氢硅油3-15质量份，所述含氢硅油粘度位于50-200cs之间，白炭黑0-20质量份，白炭黑粒径为5-100nm；因纳米粒子表面存在大量羟基，需进行表面处理，防止纳米粒子团聚。纳米二氧化钛0.5-15质量份，直径位于5-100nm之间，其作用为构建涂层表面微结构，纳米聚四氟乙烯0-10质量份，利用聚四氟乙烯低表面能特性，同时为增加涂层耐磨性；二甲基硅油0.1-1质量份，增加涂布后宏观光滑度，减小表面张力，同时可减小制备过程中的气泡，抑制剂0-0.1质量份。
所述抑制剂为乙炔基环己醇、马来酸二稀丙酯、富马酸二乙酯、甲基丁炔醇中的任一种。
所述B组份所含原料质量份为：乙烯基硅油100质量份，MQ硅树脂20-40质量份，卡斯特铂金催化剂0.5-5质量份。
所述白炭黑采用二甲基二氯硅烷、六甲基二硅氮烷、硅烷偶联剂中的任一种进行表面处理，粒径5-100nm；所述球形纳米二氧化钛采用硅烷偶联剂进行表面处理。
一种环境友好型污损生物防护涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照A组份：将20-40质量份MQ硅树脂加入70-100质量份乙烯基硅油中，热溶、脱低后得到MQ/乙烯基硅油混合液；
步骤2：称量含氢硅油3-15质量份，将称量的含氢硅油与MQ/乙烯基硅油混合液倒入反应釜A中搅拌混合，搅拌10-30min，转速1000-3000r/min；得到A组份涂层初步制备体；
步骤3：向步骤2的分散后的混合液中加入0-20份白炭黑、0.5-15质量份的纳米二氧化钛和0-10质量份纳米聚四氟乙烯，0.1-1质量份二甲基硅油，高速分散研磨60-150min，转速5000-7000r/min；
步骤4：向步骤3的高速分散研磨后的混合液中加入0-0.1质量份的抑制剂，搅拌10-30min，转速1000-3000r/min，得到污损生物防护涂层的A组份；
步骤5：称量乙烯基硅油100质量份，MQ硅树脂20-40份，卡斯特特铂金催化剂0.5-5质量份；将称量的乙烯基硅油，MQ硅树脂，卡斯特铂金催化剂放入反应釜B中混合，搅拌10-30min，转速1000-3000r/min，得到污损生物防护涂层的B组份。
一种环境友好型污损生物防护涂层的应用方法，包括以下步骤：
步骤1：将需要涂布的混凝土表面修理平整，除去浮尘，喷砂，混凝土基面含水率控制在6％以下，环境温度为10-35℃；
步骤2：将污损生物防护涂层的A组份和B组份按照质量份9:1称取，并搅拌混合均匀；
步骤3：在步骤1处理后的混凝土表面涂布底涂试剂，方案一：底涂试剂为硅烷偶联剂、乙醇、乙酸、去离子水/蒸馏水的混合液，底涂剂使用前需充分水解，涂布基面后室温干燥24-48h，或80℃-120℃加热干燥15-30min；方案二：采用硅烷偶联剂与乙醇混合液，涂布完毕后干燥15-60min；方案三：其他专用底涂剂。
步骤4：采用喷涂或者刮涂方式在步骤3处理过后的混凝土基面上涂布步骤2混合后的污损生物防护涂层，涂布2-5遍，总厚度为0.5-2.0mm。
本发明制备的环保型污损生物防护涂层(膜)适用于各种建筑物混凝土基面，也可用于金属材质如，闸门、拦污栅等结构表面；主要涉及建筑物内壁生物污损防治、建筑外墙防污、海洋防污等建筑结构表面污损防护领域。
其中，图2为某饮用水输水建筑物内部污损生物附着状况示意图，是本发明的实际应用场景之一；图3为本发明的微观防护机理示意图，可以看出，由于涂层表面微观“隔离层”存在，进而有利于防污，使污损生物粘附困难；图4为本发明实际涂覆效果示意图；图5为本发明某工况表面接触角测试图，水接触角大于105°，表面能较低；图6为本发明某工况实施效果场发射电镜图，可以看出，本发明表面构建了均匀的微观凸起结构，涂层明显存在微观“隔离层”。
以上显示描述了本发明的基本原理、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，本发明还会有各种形式变化和改进，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 (8)

1.一种环境友好型污损生物防护涂层，其特征在于：包括：A组份和B组份，其中A组份包括：有机硅树脂基料、补强填料、纳米粒子、消泡剂、抑制剂、助剂；B组份包括：乙烯基硅油、MQ硅树脂、卡斯特铂金催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种环境友好型污损生物防护涂层，其特征在于：所述有机硅树脂基料为乙烯基硅油和含氢硅油，所述补强填料为白炭黑、MQ硅树脂，所述纳米粒子为纳米二氧化钛和纳米聚四氟乙烯，所述消泡剂为二甲基硅油。
3.根据权利要求2所述的一种环境友好型污损生物防护涂层，其特征在于：所述A组份所含原料质量份为：乙烯基硅油70-100质量份，MQ硅树脂20-40质量份，含氢硅油3-15质量份，白炭黑0-20质量份，纳米二氧化钛0.5-15质量份，纳米聚四氟乙烯0-10质量份，二甲基硅油0.1-1质量份，抑制剂0-0.1质量份。
4.根据权利要求3所述的一种环境友好型污损生物防护涂层，其特征在于：所述抑制剂为乙炔基环己醇、马来酸二稀丙酯、富马酸二乙酯、甲基丁炔醇中的任一种。
5.根据权利要求4所述的一种环境友好型污损生物防护涂层，其特征在于：所述B组份所含原料质量份为：乙烯基硅油100质量份，MQ硅树脂20-40质量份，卡斯特铂金催化剂0.5-5质量份。
6.根据权利要求5所述的一种环境友好型污损生物防护涂层，其特征在于：所述白炭黑采用二甲基二氯硅烷、六甲基二硅氮烷、硅烷偶联剂中的任一种进行表面处理，粒径5-100nm；所述球形纳米二氧化钛采用硅烷偶联剂进行表面处理。
7.一种环境友好型污损生物防护涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：按照A组份：将20-40份MQ硅树脂加入70-100质量份乙烯基硅油中，热溶、脱低后得到MQ/乙烯基硅油混合液；
步骤2：称量含氢硅油3-15质量份，将称量的含氢硅油与MQ/乙烯基硅油混合液倒入反应釜A中搅拌混合，搅拌10-30min，转速1000-3000r/min；得到A组份涂层初步制备体；
步骤3：向步骤2的分散后的混合液中加入0-20份白炭黑、0.5-15质量份的纳米二氧化钛、0-10质量份纳米聚四氟乙烯和0.1-1质量份二甲基硅油，高速分散研磨60-150min，转速5000-7000r/min；
步骤4：向步骤3的高速分散研磨后的混合液中加入0-0.1质量份的抑制剂，搅拌10-30min，转速1000-3000r/min，得到污损生物防护涂层的A组份；
步骤5：称量乙烯基硅油100质量份，MQ硅树脂20-40份，卡斯特铂金催化剂0.5-5质量份，将称量的乙烯基硅油，MQ硅树脂，卡斯特铂金催化剂放入反应釜B中混合，搅拌10-30min，转速1000-3000r/min，得到污损生物防护涂层的B组份。
8.一种环境友好型污损生物防护涂层的应用方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将需要涂布的混凝土表面修理平整，除去浮尘，喷砂，混凝土基面含水率控制在6％以下，环境温度为10-35℃；
步骤2：将污损生物防护涂层的A组份和B组份按照质量份9:1称取，并搅拌混合均匀；
步骤3：在步骤1处理后的混凝土表面涂布底涂试剂，方案一：底涂试剂为硅烷偶联剂、乙醇、乙酸、去离子水/蒸馏水的混合液，底涂剂使用前需充分水解，涂布基面后室温干燥24-48h，或80℃-120℃加热干燥15-30min；方案二：采用硅烷偶联剂与乙醇混合液，涂布完毕后干燥15-60min。
步骤4：采用喷涂或者刮涂方式在步骤3处理过后的混凝土基面上涂布步骤2混合后的污损生物防护涂层，涂布2-5遍，总厚度为0.5-2.0mm。
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