CN116463053A - 一种有机硅高分子减阻剂涂料、缓释表面制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明一种有机硅高分子减阻剂涂料、缓释表面制备方法及应用，属于减阻技术领域；所述减阻剂涂料包括聚二甲基硅氧烷预聚体、固化剂、硅油、高聚物固体颗粒、稀释剂，各组分质量比为：聚二甲基硅氧烷预聚体、固化剂、硅油、高聚物固体颗粒＝10：1：6～10：0.1～1，稀释剂与聚二甲基硅氧烷预聚体质量比为2～5:3。减阻剂涂料以柔性有机硅的三维空间网络结构为基础，掺混高聚物固体颗粒，而后使用硅油辅助高聚物分泌与溶解，形成有机硅缓释表面。本发明解决了现有技术中减阻剂的缓释过程复杂、制作成本高的问题。将本发明缓释表面应用于航行器能够减小阻力，从而提高航行器速度、节约能耗。
Description
技术领域
本发明属于减阻技术领域，具体涉及一种有机硅高分子减阻剂涂料、缓释表面制备方法及应用。
背景技术
由于在经济、军事、能源等上的广泛需求，减阻技术一直以来都是科学研究的热门话题。目前减阻效果最好的是高聚物减阻，在一定的减阻条件下，减阻率最高能达到80％。但是在实际工程应用中，高聚物只成功应用于管道减阻中，对于外流减阻而言，大量携带高聚物溶液或者现场配置高聚物溶液都有极大的不便，其应用技术有待进一步开发。
现有技术中采用鳞蒙皮结构进行缓释减阻，在鳞蒙皮结构的基础上设计了减阻剂的输送通道，并使用电液控制系统进行缓释控制。仿生有鳞蒙皮的设计粗糙，减阻剂的缓释过程耗能高，且制备过程复杂。
现有技术中利用硅藻土疏松多孔的特点，制备缓释表面，在减阻剂水溶液中浸湿，从而进行减阻剂的缓释功能。该技术所制作的表面吸附的减阻剂水溶液有限，减阻效果与持续时间受到限制。
现有技术中采用仿生盾鳞层结构进行水下航行器减阻，在仿生盾鳞层上设计了减阻剂的传输通道，以此进行减阻剂的缓释。该技术制作方法复杂，减阻剂的缓释过程复杂。
现有技术采用仿生鲨鱼皮结构进行减阻，利用形状记忆合金人工肌肉缓释减阻剂的仿生鲨鱼皮，利用记忆合金受自身转变温度驱使所呈现的双程记忆效应来模拟鲨鱼皮的微量泌液机制。该技术分泌的减阻剂浓度有限，分泌的减阻剂难以在表面形成鱼类表面的黏液层。同时制备方法复杂，成本较高。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种有机硅高分子减阻剂涂料、缓释表面制备方法及应用，减阻剂涂料以柔性有机硅的三维空间网络结构为基础，掺混高聚物固体颗粒，而后使用硅油辅助高聚物分泌与溶解，形成有机硅缓释表面。本发明解决了现有技术中减阻剂的缓释过程复杂、制作成本高的问题。将本发明缓释表面应用于航行器能够减小阻力，从而提高航行器速度、节约能耗。
本发明的技术方案是：一种有机硅高分子减阻剂涂料，包括聚二甲基硅氧烷预聚体、固化剂、硅油、高聚物固体颗粒、稀释剂，各组分质量比为：聚二甲基硅氧烷预聚体、固化剂、硅油、高聚物固体颗粒＝10：1：6～10：0.1～1，稀释剂与聚二甲基硅氧烷预聚体质量比为2～5:3。
本发明的进一步技术方案是：所述硅油为甲基硅油、或二甲基硅油。
本发明的进一步技术方案是：所述高聚物颗粒为减阻高聚物，包括聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺、黄原胶、定优胶。
本发明的进一步技术方案是：所述稀释剂为碳原子量在4-10之间的烷烃。
一种有机硅高分子减阻剂缓释表面的制备方法，具体步骤如下:
步骤1：将聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂置于容器中，并进行充分搅拌，得到聚二甲基硅氧烷预聚混合物；
步骤2：将称量后的硅油和高聚物固体颗粒加入步骤1得到的聚二甲基硅氧烷预聚混合物中，进行充分搅拌，得到涂料混合液；
步骤3：将称量后的稀释剂加入步骤2中得到的涂料混合液中，进行充分搅拌，得到稀释涂料混合液；
步骤4：将步骤3制备得到的稀释涂料混合液置于真空箱内，在压力为-0.1MPa下维持设定时间后取出，得到有机硅高分子减阻剂涂料；
步骤5：将步骤4制备得到的有机硅高分子减阻剂涂料在试样表面流平，再将试样置于烘箱内进行固化，固化设定时间后取出，即得到有机硅高分子减阻剂缓释表面。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤4中，在-0.1MPa压力下维持10-20min。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤5的固化过程中，烘箱温度为80-100℃，固化时间为2-3h。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤5中，涂料在试样表面流平的操作中，厚度为3-10毫米。
一种有机硅高分子减阻剂缓释表面的应用，所述有机硅高分子减阻剂缓释表面设置于航行器的头部侧面，设置位置的不超过整体长度的1/4。
有益效果
本发明的有益效果在于：本发明在物体表面制作了一层平整且具有高聚物缓释作用的表面，制作简单，操作方便，且成本低。
本发明采用的聚二甲基硅氧烷在水中不会溶胀，内部减阻剂不会自然释放；但是在内部硅油会自然释放，硅油在释放过程中会促进减阻剂的释放。
本发明制备的缓释表面兼具柔性与高分子减阻剂释放功能，硅油的加入可以促进高分子减阻剂的释放。在接触水流后，减阻高聚物随硅油渗出，溶于水形成高聚物水溶液，实现减阻高聚物的外流释放。
本发明所述硅油、高聚物固体颗粒、稀释剂与聚二甲基硅氧烷预聚体比例能保证减阻剂的正常释放，比例变化会导致成品释放效果发生变化。
经实验验证，表面Couette流场中的水随时间推移，粘度增加，其原因是减阻高聚物随硅油渗出而释放，如图1-3所示；各实施例的减阻率如图4所示。
附图说明
图1是实施例1中表面Couette流场中的水的粘度随时间变化。
图2是实施例2中表面Couette流场中的水的粘度随时间变化。
图3是实施例3中表面Couette流场中的水的粘度随时间变化。
图4是实施例1、2、3中表面测得的减阻率。
附图标记说明：1是实施例1中表面测得的减阻率；2是实施例2中表面测得的减阻率；3是实施例3中表面测得的减阻率。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例一种有机硅高分子减阻剂涂料、缓释表面制备方法及应用，减阻剂涂料以柔性有机硅的三维空间网络结构为基础，掺混高聚物固体颗粒，而后使用硅油辅助高聚物分泌与溶解，形成有机硅缓释表面。本发明解决了现有技术中减阻剂的缓释过程复杂、制作成本高的问题。将本发明缓释表面应用于航行器能够减小阻力，从而提高航行器速度、节约能耗。
本实施例一种有机硅高分子减阻剂涂料，包括聚二甲基硅氧烷预聚体、固化剂、硅油、高聚物固体颗粒、稀释剂，各组分质量比为：聚二甲基硅氧烷预聚体、固化剂、硅油、高聚物固体颗粒＝10：1：6～10：0.1～1，稀释剂与聚二甲基硅氧烷预聚体质量比为2～5:3。
优选的，所述硅油为甲基硅油、或二甲基硅油。
优选的，所述高聚物颗粒为减阻高聚物，包括聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺、黄原胶、定优胶。
优选的，所述稀释剂为碳原子量在4-10之间的烷烃。
本发明采用的聚二甲基硅氧烷在水中不会溶胀，内部减阻剂不会自然释放；但是在内部硅油会自然释放，硅油在释放过程中会促进减阻剂的释放。本发明制备的缓释表面兼具柔性与高分子减阻剂释放功能，硅油的加入可以促进高分子减阻剂的释放。在接触水流后，减阻高聚物随硅油渗出，溶于水形成高聚物水溶液，实现减阻高聚物的外流释放。所述硅油、高聚物固体颗粒、稀释剂与聚二甲基硅氧烷预聚体比例能保证减阻剂的正常释放，比例变化会导致成品释放效果发生变化。
实施例1：
步骤1.取聚二甲基硅氧烷预聚体、固化剂置于烧杯中，使用玻璃棒进行搅拌。
所述聚二甲基硅氧烷预聚体单体分子量236.53。
所述聚二甲基硅氧烷预聚体与固化剂比例为10:1
步骤2.取一定量的硅油、高聚物固体颗粒于步骤1的烧杯中，使用玻璃棒进行搅拌。
所述硅油为甲基硅油。
所述硅油与聚二甲基硅氧烷预聚体质量比为3:5。
所述高聚物颗粒为聚氧化乙烯，分子量为400万。
所述高聚物颗粒与聚二甲基硅氧烷预聚体质量比为1:100。
步骤3.取一定量的稀释剂于步骤1所述烧杯中，使用玻璃棒进行搅拌。
所述稀释剂为正丁烷。
所述稀释剂与聚二甲基硅氧烷预聚体质量比为2:3。
步骤4.将烧杯置于真空箱内，在压力为-0.1MPa下维持一定时间后取出。
所述时间为10min。
步骤5.将抽完真空后的混合物在试样表面流平，再将试样置于烘箱内进行固化，一定时间后取出得到有机硅缓释表面。。
所述烘箱温度为80℃。
所述固化时间为3h。
所述释放效果如图1所示。溶液粘度的粘度增加，证明了表面中的减阻剂在硅油的辅助下分泌出，继而溶解在一定量的水中形成溶液，减阻剂溶液的粘度大于水的粘度。
所得到的减阻率如图4中点1所示。表面中的减阻剂在硅油的辅助下分泌出，继而产生减阻作用，减阻率约为4％。
实施例2：
步骤1.取聚二甲基硅氧烷预聚体、固化剂置于烧杯中，使用玻璃棒进行搅拌。
所述聚二甲基硅氧烷预聚体单体分子量236.53。
所述聚二甲基硅氧烷预聚体与固化剂比例为10:1
步骤2.取一定量的硅油、高聚物固体颗粒于步骤1的烧杯中，使用玻璃棒进行搅拌。
所述硅油为二甲基硅油。
所述硅油与聚二甲基硅氧烷预聚体质量比为4:5。
所述高聚物颗粒为聚丙烯酰胺。
所述高聚物颗粒与聚二甲基硅氧烷预聚体质量比为1:20。
步骤3.取一定量的稀释剂于步骤1所述烧杯中，使用玻璃棒进行搅拌。
所述稀释剂为正庚烷。
所述稀释剂与聚二甲基硅氧烷预聚体质量比为1:1。
步骤4.将烧杯置于真空箱内，在压力为-0.1MPa下维持一定时间后取出。
所述时间为15min。
步骤5.将抽完真空后的混合物在试样表面流平，再将试样置于烘箱内进行固化，一定时间后取出得到有机硅缓释表面。。
所述烘箱温度为90℃。
所述固化时间为2.5h。
所述释放效果如图2所示。溶液粘度的粘度增加，证明了表面中的减阻剂在硅油的辅助下分泌出，继而溶解在一定量的水中形成溶液，减阻剂溶液的粘度大于水的粘度。
所得到的减阻率如图4中点2所示。表面中的减阻剂在硅油的辅助下分泌出，继而产生减阻作用，减阻率约为8.5％。
实施例3：
步骤1.取聚二甲基硅氧烷预聚体、固化剂置于烧杯中，使用玻璃棒进行搅拌。
所述聚二甲基硅氧烷预聚体单体分子量236.53。
所述聚二甲基硅氧烷预聚体与固化剂比例为10:1
步骤2.取一定量的硅油、高聚物固体颗粒于步骤1的烧杯中，使用玻璃棒进行搅拌。
所述硅油为甲基硅油。
所述硅油与聚二甲基硅氧烷预聚体质量比为1:1。
所述高聚物颗粒为定优胶。
所述高聚物颗粒与聚二甲基硅氧烷预聚体质量比为1:10。
步骤3.取一定量的稀释剂于步骤1所述烧杯中，使用玻璃棒进行搅拌。
所述稀释剂为正癸烷。
所述稀释剂与聚二甲基硅氧烷预聚体质量比为5:3。
步骤4.将烧杯置于真空箱内，在压力为-0.1MPa下维持一定时间后取出。
所述时间为20min。
步骤5.将抽完真空后的混合物在试样表面流平，再将试样置于烘箱内进行固化，一定时间后取出得到有机硅缓释表面。。
所述烘箱温度为100℃。
所述固化时间为2h。
所述释放效果如图3所示。溶液粘度的粘度增加，证明了表面中的减阻剂在硅油的辅助下分泌出，继而溶解在一定量的水中形成溶液，减阻剂溶液的粘度大于水的粘度。
所得到的减阻率如图4中点3所示。表面中的减阻剂在硅油的辅助下分泌出，继而产生减阻作用，减阻率约为10.4％。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种有机硅高分子减阻剂涂料，其特征在于：包括聚二甲基硅氧烷预聚体、固化剂、硅油、高聚物固体颗粒、稀释剂，各组分质量比为：聚二甲基硅氧烷预聚体、固化剂、硅油、高聚物固体颗粒＝10：1：6～10：0.1～1，稀释剂与聚二甲基硅氧烷预聚体质量比为2～5:3。
2.根据权利要求1所述一种有机硅高分子减阻剂涂料，其特征在于：所述硅油为甲基硅油、或二甲基硅油。
3.根据权利要求1所述一种有机硅高分子减阻剂涂料，其特征在于：所述高聚物颗粒为减阻高聚物，包括聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺、黄原胶、定优胶。
4.根据权利要求1所述一种有机硅高分子减阻剂涂料，其特征在于：所述稀释剂为碳原子量在4-10之间的烷烃。
5.一种采用权利要求1-4任一项所述有机硅高分子减阻剂涂料制备有机硅高分子减阻剂缓释表面的方法，其特征在于具体步骤如下:
步骤1：将聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂置于容器中，并进行充分搅拌，得到聚二甲基硅氧烷预聚混合物；
步骤2：将称量后的硅油和高聚物固体颗粒加入步骤1得到的聚二甲基硅氧烷预聚混合物中，进行充分搅拌，得到涂料混合液；
步骤3：将称量后的稀释剂加入步骤2中得到的涂料混合液中，进行充分搅拌，得到稀释涂料混合液；
步骤4：将步骤3制备得到的稀释涂料混合液置于真空箱内，在压力为-0.1MPa下维持设定时间后取出，得到有机硅高分子减阻剂涂料；
步骤5：将步骤4制备得到的有机硅高分子减阻剂涂料在试样表面流平，再将试样置于烘箱内进行固化，固化设定时间后取出，即得到有机硅高分子减阻剂缓释表面。
6.根据权利要求5所述制备有机硅高分子减阻剂缓释表面的方法，其特征在于：所述步骤4中，在-0.1MPa压力下维持10-20min。
7.根据权利要求5所述制备有机硅高分子减阻剂缓释表面的方法，其特征在于：所述步骤5的固化过程中，烘箱温度为80-100℃，固化时间为2-3h。
8.根据权利要求5所述制备有机硅高分子减阻剂缓释表面的方法，其特征在于：所述步骤5中，涂料在试样表面流平的操作中，厚度为3-10毫米。
9.一种采用权利要求1-4任一项所述有机硅高分子减阻剂涂料制备有机硅高分子减阻剂缓释表面的应用，其特征在于：所述有机硅高分子减阻剂缓释表面设置于航行器的头部侧面，设置位置的不超过整体长度的1/4。
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| CN104231919A (zh) * | 2014-10-15 | 2014-12-24 | 大连海事大学 | 纳米增强无过渡层有机硅低表面能防污涂料及其制备方法 |
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