[发明专利]一种疏水型纳米复合海洋抗污涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合海洋抗污涂料及其制备方法，更加具体地说，涉及一种疏水型纳米复合海洋抗污涂料及其制备方法。

背景技术

随着海洋时代的来临，海洋工业如海洋石油平台、海船、码头、防波堤、海洋发电等得到迅猛发展。由于海水环境（含Cl^-、并存在大量微生物等）的特殊性，海洋工程材料与设备的腐蚀和生物污损问题已成为全世界关注的焦点问题之一。对于生物污损，研究结果表明海洋生物在船舶表面附着后，不仅会增加船体表面的粗糙度、降低航速、增加燃油消耗量，而且会为后期船体污染的清洁造成大量资金及人力消耗。据统计，生物污损会增加轮船40%的燃油消耗。此外，我国每年因腐蚀造成的经济损失至少达900亿元人民币，海洋腐蚀占到30%以上，其中与海洋微生物附着有关的材料腐蚀破坏占海洋材料腐蚀总量的30%左右。如果能解决或减轻船体污染问题，必将带来极大的经济及社会效益。

为了降低海洋生物附着的危害，防止海洋生物对船舶的污损，人们研究了多种防污技术如电解海水防污、超声波防污、生物酶防污和涂装防污漆防污等。而在海洋建筑物表面涂装防污涂料，是解决污损问题既经济又高效的重要途径。因此，开发性能优异的抗污涂料是海洋防护工业发展的重点。

按时间发展顺序，防污涂料先后经历了含毒料型和无毒型两个阶段。传统的防污涂料，常在涂料中填加氧化亚铜、有机锡、有机铝、有机砷、有机锡等做为毒料。如北美埃尔夫爱托化学股份有限公司生产的防污涂料（GS西弗尔曼,KKS沈，HL乌尔姆，金属有机化合物和由它制成的聚合物，CN96102548.4），就是以氧化亚铜、氰化亚铜等为活性剂，在涂料溶解、溶胀的过程中，有毒活性剂不断释放到海水中，杀灭涂层表面的海洋生物，起到防污效果。虽然含毒型防污涂料在低浓度下可以达到广谱、高效的防污目的，但由于此类有毒物质在水中稳定且易积累，可引起一些生物体畸形，甚至进入食物链，成为影响人类健康和生态平衡的安全隐患。故含毒型涂料必将逐渐退出历史舞台。国际海事组织（IMO）所属的海洋环境保护文员会（MEPC）已明确规定含有机锡的防污漆最终使用期限为2008年1月1日。随着人类环保意识的增强，全新无毒的低表面能防污涂料、仿生防污涂料、天然防污剂、微米-纳米阶层结构无毒疏水海洋防污涂料等开始得到发展（丁树丹，顾彩香，于阳，熊凯，船舶防污涂料的研究进展，中国水运，2011，11（6）：22-23，45）。

低表面能涂料的特点是具有很低的表面能，使海洋生物难以在上面附着，即使附着也不牢固，在水流或其它外力作用下容易地脱落掉。一般认为，只有当涂料的表面能低于2.5*10^-4N/m时，即涂料与液体的接触角大于98°时，才具有防污效果（郑群锁,低表面能防污涂料的进展,材料开发与应用,2001，16(1)：33-35)。目前，对此类涂料的研究主要集中在有机硅防污涂料和有机氟防污涂料两方面。有机硅化合物具有疏水性，其表面张力很低，且结构极其稳定，即使在水中长期浸泡，结构变化也很小，可以达到长期良好的防污效果。硅氧烷系防污涂料的第一个专利是1972年在美国获得的，该涂料的防污有效期长达2～3年，但是由于施工性差、固化时间长、附着力低、重涂性差等缺点，没有太大使用价值。经过后续的大量研究，已研制出各式各样的含硅低表面能涂料，Milne曾采用室温固化硅橡胶制成防污期长达10年的防污涂料。尽管如此，有机硅树脂仍存在对底材附着力差，强度较低等缺点难以被克服。全氟化物具有很低的表面能，但是其防污能力很却差。经过研究发现，其漆膜的致密性较差，海洋微生物易深入漆膜内部，牢固粘附在漆膜的微孔之内。此外，本身表面能很低的漆膜，经过微生物诱导，表面分子重排，使表面能升高。经过长期研究，DLSchmidt等研制出一种特殊结构的具有长期低表面能性质的防污漆(王贤明，王华进，王力等，无毒低表面能防污涂料，涂料工业，2004,34(1)：40-43)。该漆利用聚（2-异丙基）-2-（唑啉）与全氟烷基表面活性剂进行反应形成共价键交联结构，使在表面取向的CF₃基团牢牢固定于漆膜表面。此种涂料被认为是有机氟防污涂料中防污效果最好的。氟聚合物的生产和消费主要集中在美国、日本和西欧国家，如美国专利US4410363中公开的氟树脂、日本专利特开2003-261628中公开的自抛光型有机氟丙烯酸类聚合物。该类涂料的缺点是成本高，不易施工，涂膜过软，易被破坏。