[发明专利]一种含石墨烯的海洋防腐抗污涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋金属构件防污涂料及其制备方法，更加具体地说，涉及含石墨烯的海洋抗污涂料及其制备方法。

背景技术

生物污损是长期困扰海洋船舶工业发展的重大问题；研究结果表明，海洋生物在船舶表面附着导致的海洋污损会增加船体表面的粗糙度、降低航速、增加燃油消耗量，并将为后期船体污染清洁造成大量资金及人力的消耗。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。根据人类数百年的生产经验发现，涂敷涂料是简便而高效的防污策略。因此，开发优异的抗污涂料是海洋防护工业发展的重点。防污涂料，通常称为船底防污漆或简称防污漆，是防止海洋附着生物污损、保持船底光洁、光滑的一种专用涂料（刘登良，涂料工艺，北京：化学工业出版社，2010:1166）。海洋防污涂料，先后经历了含毒料型和无毒型两个发展阶段，极大地推动了海洋运输、海水养殖等产业的快速发展。传统的防污涂料，常采用氧化亚铜、有机锡、有机铝、有机砷、有机锡等为毒料，如英国International Paint公司在欧洲专利EP0051930中公开的防污涂料为丙烯酸类聚合物、氧化亚铜、有机锡的组合物。

氧化亚铜为最早防污颜料之一，其本身为红色，由于该颜色限制了氧化亚铜的使用范围。所以，也有一些研究人员便用白色的硫氰酸亚铜来代替。但是氧化亚铜具有极强的毒性，对海洋环境和人类生存有不利影响，所以它也逐渐地退出了历史舞台。有机锡防污涂料中，最为典型的有机锡化合物是三丁基锡(TBT)。从20世纪60年代开始作为船舶防污涂料中的杀虫剂以来，为航运业带来了巨大的利润。但TBT是一种毒性很强的物质，它在驱除或杀死如管虫、藤壶、贻贝和藻类等污着生物的同时，也对非目标生物构成威胁。TBT能使海洋生物致死或致畸，破坏生态平衡，使养殖和捕捞业减产，还能在经济鱼类和贝类体内蓄积，间接地对人类健康产生危害，国际社会从2003年就禁止使用含TBT的涂料（L D Chambers,K R Stokes,F C Walsh,et al.Modern approaches to marine antifouling coatings，Surf.Coat.Technol.，2006，201：3642-3652）。

为了控制毒料的渗出率、降低轮船表面的阻力，人们开发出了自抛光型防污涂料。这种防污涂料的工作机理是：当涂料浸于海水时，发生水解反应、释放出毒料溶于海水之中，在水流的作用下涂料膜水解反应不断继续、露出新的表面，因此，毒料渗出率非常平稳。由于涂膜凹进去部位水流作用小而水解速度慢，从而导致涂膜日趋光滑。但是该类型涂料中含有高毒性的重金属离子或者低毒性但抗污范围较小的金属离子（Cao S,Wang J D,Chen H S,et al.Progress of marine biofouling and antifouling technologies，Chinese Sci Bull.，2011,56:598-612），其应用也大大受限。

含重金属氧化物或离子的涂料，虽有较高的抗污率，但是对环境也产生了巨大的破坏。因此，人们相继开发出全新无毒的低表面能防污涂料。该涂料是利用材料的低表面能，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。目前，对此类涂料的研究主要集中在两个领域：一种是有机硅防污涂料，另一种是有机氟防污涂料。有机硅防污涂料在世界范围内已被申请了很多专利，如通用电气公司申请的有关固化性有机硅涂料专利。有机硅化合物具有疏水性，其表面张力很低，结构极其稳定，即使在水中长期浸泡，结构变化也很小，可防止海洋生物附着，有很好的防污效果。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。