低表面能及改性丙烯酸系列無毒防污涂料制備與應(yīng)用研究.pdf

1、在海洋中航行的船只受到海水侵蝕后會附著種類繁多的生物，并使船體表面的摩擦力明顯增加，進而導致艦船航速降低，燃料消耗增大，進塢維修次數(shù)增多。為防止海洋生物附著，最有效的措施是在船殼表面涂覆有毒的防污涂料。但有毒防污涂料的使用破壞了海洋的生態(tài)環(huán)境，嚴重威脅著人類的健康。國際海事組織已明令禁止在2008年1月1日后使用含有機錫毒物的防污涂料，隨著這一禁令的實施，環(huán)境友好無毒船舶防污涂料的開發(fā)研制已經(jīng)在全球范圍內(nèi)展開，其中無毒低表面能脫污型(f

2、oulingrelease)防污涂料的研究尤為引人注目。 本研究以耐候性和耐油性優(yōu)異、且價格低廉的丙烯酸樹脂為基礎(chǔ)，針對海洋污損生物的附著機制，設(shè)計合成了具有低表面能等不同特性的系列改性丙烯酸樹脂，并用紅外光譜和凝膠色譜對合成樹脂的結(jié)構(gòu)及分子量進行了檢測。結(jié)果表明，采用自由基溶液共聚法，可以將各種丙烯酸單體與氫氧化鋅及聚硅氧烷聚合，合成出具有水解特性的丙烯酸鋅樹脂和聚硅氧烷改性丙烯酸樹脂；也可以將有機硅單體與丙烯酸單體共聚，合成

3、出具有低表面能特性的有機硅改性丙烯酸樹脂。采用化學滴定法檢測了改性丙烯酸樹脂的酸值，用JY-82型接觸角檢測儀檢測了樹脂與水滴的接觸角和涂膜的表面能。結(jié)果表明，合成的丙烯酸鋅樹脂和聚硅氧烷改性丙烯酸樹脂的酸值、水解率和儲存穩(wěn)定性良好，具有自拋光特性；合成的有機硅改性丙烯酸樹脂涂膜均勻飽滿，與水的接觸角可達83°，具有低表面能特性。系列改性丙烯酸樹脂的合成工藝方法簡便，原料來源廣泛，在替代含毒防污涂料方面具有廣闊的應(yīng)用前景。 同時

4、，本研究以上述系列改性丙烯酸樹脂為成膜物，通過添加各種防污劑、防污助劑、顏填料、以及各類溶劑和助劑，制備了丙烯酸鋅自拋光型、自拋/低表面能雙重作用型和仿生無毒低表面能脫污型等三種防污涂料。依據(jù)國標GB6824-86，檢測了自拋光防污涂料的銅離子滲出率，用GS-X150表面張力測定儀檢測了低表面能防污涂膜的表面能，用SEM和GE5數(shù)碼顯微鏡觀察了低表面能無毒防污涂料的表面結(jié)構(gòu)、涂膜形貌及其與液體接觸的界面狀態(tài)，并對防污涂料進行了實海試驗。

5、 結(jié)果表明，本研究使用的三種防污助劑(TCPM、百菌清和敵草隆)均可減緩涂料中銅離子的滲出率，因而明顯增加了涂料的防污期效與防污性能，其中TCPM的防污效果最好；微米級顏填料和納米級SiO2粒子的加入，不僅有效地改善了涂料涂膜的強度，更主要的是通過仿照荷葉表面微觀結(jié)構(gòu)特征，在涂膜表面構(gòu)筑出了一種微米.納米階層結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)，導致涂膜與液滴界面間產(chǎn)生了一種顯微“氣墊”形態(tài)，進而導致涂膜與液滴間的接觸角高達150°、表面能降至6mJ

6、/m2、且附著力達1級，為在完全環(huán)保無毒的條件下僅以仿生涂膜的物理特性防止海洋生物污損方面提供了堅實的理論與應(yīng)用基礎(chǔ)。接觸角可達150°的仿生無毒海洋防污涂料，在國內(nèi)外同類研究與應(yīng)用方面迄今還未見報導。 最后，本研究針對海洋污損生物的附著機理、低表面能涂膜表面微米—納米結(jié)構(gòu)及其上形成“氣墊”后表面潤濕性及接觸角的變化，提出了首先增加固體表面的粗糙度γ，使其更容易穩(wěn)定地實現(xiàn)表面的超疏水性能，其次降低固液接觸界面分數(shù)fs，以進一步提