一种功能化改性污损释放型海洋防污涂料

    技术2024-11-29  12


    本发明属于海洋防污涂料技术、水下涂料防护,特别涉及一种功能化改性污损释放型海洋防污涂料。


    背景技术:

    1、海洋生物污损是指海洋污损生物对浸没海水的物体表面非选择性黏附生长的过程,是目前世界各国发展海洋及海事工业面临的重大难题,而涂刷海洋防污涂料是解决这一问题最便捷、有效的手段。传统的海洋防污涂料在防治海洋污损黏附的同时,带来的大量的污染及危害,目前已逐渐被世界各国禁止使用。基于环境友好要求的新型海洋防污涂料,在防治海洋污损生物的同时,不会对海洋环境产生威胁,目前成为世界各国发展的重点。

    2、有机硅海洋防污涂料隶属环境友好型污损释放防污涂料领域,基于较低的表面自由能和较低的弹性模量,借助船舶运动与海水间的相对运动,实现污损生物的防治和不牢固黏附污损生物的脱除,具有很大的应用前景。然而,有机硅海洋防污涂料目前存在与基材粘结性差,无法在静水环境中有效防污等缺点亟需改善。

    3、贻贝具有优异的粘结效果,这主要归功于其分泌粘液中的主要成分含有儿茶酚基团(邻苯二酚基团),然而邻苯二酚基团是自由基聚合的阻聚剂,因此很难通过自由基聚合反应改性有机硅树脂,往往只能使用价格昂贵的铂、钯类催化剂进行合成改性。


    技术实现思路

    1、为了克服现有污损释放型有机硅海洋防污涂层与基材粘结力差,同时改性有机硅海洋防污涂层防污效果降低等问题,本发明目的在于提供一种功能化污损释放型海洋防污涂料。

    2、本发明是通过以下技术方案实施的。

    3、第一方面,本发明提供了一种功能化改性污损释放型海洋防污涂料,以重量份数计,包括如下组分:(1)a组分60~80份;(2)b组分10~20份;(3)c组分3~5份;

    4、其中,

    5、a组分按重量份数计包括:

    6、

    7、

    8、b组分按重量份数计包括:

    9、固化剂                    5~10份

    10、溶剂b                     20~40份

    11、c组分按重量份数计包括:

    12、催化剂                    1~4份

    13、溶剂c                     5~20份;

    14、该改性硅氧烷聚合物通过如下步骤制备:

    15、(1)在氩气保护并接有搅拌回流装置的反应设备中,依次加入raft试剂、引发剂、n-(3,4-二羟基苯乙基)甲基丙烯酰胺、具有不饱和基团的聚硅氧烷、溶剂n,n-二甲基甲酰胺,随后在60~80℃条件下搅拌并进行反应6~10h;

    16、(2)将反应瓶放置冰水中冷却,通入氧气持续至少30min确保反应终止,随后使用适量甲醇稀释,将稀释后的溶液滴加到过量的乙二醚中,不断搅拌使得合成的改性聚硅氧烷聚合物沉淀;

    17、(3)通过过滤获得沉淀产物,并在真空装置中干燥24h,最终获得改性聚硅氧烷聚合物。

    18、较佳的,所述raft试剂选用3-苄基磺胺基羰基硫基磺胺基丙酸、2-氰基-2-丙基十二烷基三硫代碳酸酯、氰甲基十二烷基三硫代碳酸酯、2-(十二烷基硫代羰基硫代硫基硫基)丙酸、s,s-二苄基三硫代碳酸酯中的一种。

    19、较佳的,所述引发剂选用1,10-偶氮二环己烷-碳腈、2,2'-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、偶氮二异丙基咪唑啉中的一种。

    20、较佳的,所述具有不饱和基团的聚硅氧烷选用甲基乙烯基mq型硅氧烷树脂,其m:q值≥1.3:1,或甲基乙烯基mq型硅树脂在25℃下为液体。

    21、较佳的,所述甲醇用量无特殊限制,目的是将反应后的产物稀释,便于后续操作。

    22、较佳的,所述raft试剂、引发剂、n-(3,4-二羟基苯乙基)甲基丙烯酰胺、具有不饱和基团的聚硅氧烷、溶剂n,n-二甲基甲酰胺的重量比为1:(0.5~2.5):(10~30):(60~100):(100~150)。

    23、较佳的,所述疏水性有机硅树脂选自黏度2800-10000mpa·s的α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷。

    24、较佳的,所述助剂选自润湿分散剂、消泡剂、流平剂中的至少一种。

    25、具体的,所述润湿分散剂选自毕克公司byk116、byk169、德谦公司901、903中的一种。

    26、具体的,所述消泡剂选自毕克公司byk065、byk066n、荷兰埃夫卡的efka2020中的一种。

    27、具体的,所述流平剂选自德国毕克byk308、byk310、byk373中的一种。

    28、较佳的,所述溶剂a选自乙醇、乙酸乙酯、甲醇、二甲苯中的一种。

    29、较佳的,所述颜填料为该领域常见的,无特殊要求,可以选自但不限于碳酸钙、三氧化二铁、二氧化钛、硫酸钡、高岭土、氧化锌中的一种。

    30、较佳的,所述固化剂选自正硅酸乙酯、自3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷中的一种。

    31、较佳的,所述溶剂b选自丙酮、丁酮、乙酰丙酮中的一种。

    32、较佳的,所述催化剂选自二月硅酸二丁基锡、辛酸亚锡、有机铋中的一种。

    33、较佳的,所述溶剂c选自乙酰丙酮、环己酮、甲苯中的一种。

    34、第二方面,本发明提供了一种第一方面所述的功能化改性污损释放型海洋防污涂料的制备方法,包括如下步骤:

    35、(1)依次将疏水性有机硅树脂、改性聚硅氧烷聚合物、助剂、溶剂a加入到分散搅拌设备中,随后在100rpm下分散20min,随后将颜填料加入到加入到分散搅拌设备中,继续在相同转速下分散20min,即制备a组分,随后密封保存;

    36、(2)使用分散搅拌设备在50rpm下将固化剂和溶剂b分散10min,即制备b组分,随后密封保存;

    37、(3)使用分散搅拌设备在50rpm下将催化剂和溶剂3分散10min,即制备c组分,随后密封保存。

    38、第三方面,本发明还提供了一种基于第一方面所述的功能化改性污损释放型海洋防污涂料制备的防污涂层,将a组分、b组分、c组分采用常规分散工艺及设备混合均匀,采用喷涂、滚涂、刷涂等方式涂装,经过至少48h固化,制备膜厚在150~250um厚度的涂层。

    39、与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:

    40、1.本发明将儿茶酚基团引入成膜物树脂中,借助儿茶酚基团产生的强大粘结效应,确保固化涂层可以与各类基材或中间漆稳定附着,从而弥补非极性有机硅涂层与基材粘结力差的问题。

    41、2.将疏水性有机硅树脂与改性聚硅氧烷聚合物共混作为主要成膜物,且疏水性有机硅树脂占主体,从而确保最终固化涂层表面依然保持低表面能及疏水特性,确保防污性能的优良。同时,疏水有机硅树脂固化后形成三维交联结构,确保游离的改性聚硅氧烷聚合物能够存在于涂层中而不发生分层脱离结果,且这种三维交联结构存在足够的空间可以发生相分离及富集现象。

    42、3.本发明是通过可逆加成断裂链转移聚合法进行改性,raft试剂可以在聚合反应过程中通过失活来确保苯酚基团不会捕捉聚合反应过程中的活性自由基,由此反应可以顺利进行,有效弥补苯酚基团的阻聚剂效应,从而生成儿茶酚功能化改性硅氧烷聚合物,实现儿茶酚官能团在改性聚合物分子结构中的高效接枝,该反应生成物产率高、性能稳定,有利于后续涂料的制备应用。


    技术特征:

    1.一种功能化改性污损释放型海洋防污涂料,其特征在于,以重量份数计,包括:(1)a组分60~80份;(2)b组分10~20份;(3)c组分3~5份;

    2. 如权利要求1所述的防污涂料,其特征在于,raft试剂选用3-苄基磺胺基羰基硫基磺胺基丙酸、2-氰基-2-丙基十二烷基三硫代碳酸酯、氰甲基十二烷基 三硫代碳酸酯、2-(十二烷基硫代羰基硫代硫基硫基)丙酸、s,s-二苄基三硫代碳酸酯中的一种。

    3.如权利要求1所述的防污涂料,其特征在于,引发剂选用1,10-偶氮二环己烷-碳腈、2,2'-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、偶氮二异丙基咪唑啉中的一种。

    4.如权利要求1所述的防污涂料,其特征在于,具有不饱和基团的聚硅氧烷选用甲基乙烯基mq型硅氧烷树脂,其m:q值≥1.3:1,或甲基乙烯基mq型硅树脂在25℃下为液体。

    5.如权利要求1所述的防污涂料,其特征在于,raft试剂、引发剂、n-(3,4-二羟基苯乙基)甲基丙烯酰胺、具有不饱和基团的聚硅氧烷、溶剂n,n-二甲基甲酰胺的重量比为1:(0.5~2.5):(10~30):(60~100):(100~150)。

    6.如权利要求1所述的防污涂料,其特征在于,疏水性有机硅树脂选自黏度2800-10000mpa∙s的α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷。

    7.如权利要求1所述的防污涂料,其特征在于,固化剂选自正硅酸乙酯、自3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷中的一种。

    8.如权利要求1所述的防污涂料,其特征在于,催化剂选自二月硅酸二丁基锡、辛酸亚锡、有机铋中的一种。

    9.如权利要求1-8任一所述的防污涂料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

    10.功能化改性污损释放型海洋防污涂层,其特征在于,将如权利要求1-8任一所述的防污涂料混合后于基底上进行涂装。


    技术总结
    本发明公开了一种功能化改性污损释放型海洋防污涂料,基于海洋生物贻贝粘附主要分泌物的有效成分儿茶酚基团,将儿茶酚基团通过可逆加成断裂链转移法改性至疏水性聚硅氧烷聚合物中,从而确保最终固化涂层与各类基材具有优异的粘结性能,同时疏水硅氧烷结构依然在固化涂层中保持良好的低表面能特性,从而确保涂层在服役过程中保持优异的防污效果。该涂料可以应用于海洋设施防污领域,特别适用于长期浸没在海水环境的各类海洋设施。

    技术研发人员:陈璐璐,杨雪,冯冬雨,巴淼,吴思雨
    受保护的技术使用者:常熟理工学院
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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