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硅油对低表面能有机硅防污涂料性能的影响

信息来源:paintkey.com  时间:2011-03-31  浏览次数:228

  摘要:低表面能有机硅防污涂料是无毒防污涂料的一个重点发展方向,本文研究了硅油对低表面能有机硅防污涂料性能的影响。结果表明,PDMS硅油的添加有利于涂层防污性能的提高。PDMDPS硅油致使涂层形成非均相结构,并能够渗出到涂层的表面,改变涂层表面结构,显著提高涂层防污性能;低表面能有机硅防污涂料在海水中具有良好的稳定性,在其表面附着的海生物经海水的冲刷可轻易脱落。
  关键词:无毒防污涂料;有机硅;硅油;低表面能
  0引言
  随着海洋事业的蓬勃发展,海生物对船舶的附着污损日益引起人们的关注[1-2],各种防污技术应运而生,如水下机械清洗、电解海水产生次氯酸、电化学方法释放铜离子以及涂装防污涂料等,其中以涂装防污涂料为最有效、经济、便捷的方法。但传统的毒剂型防污涂料也给海洋环境带来了严重的危害[3-5],于是各种法律法规相继出台,如国际海事组织(IMO)提出的《国际控制船舶有害防污系统公约》(AFS公约)已生效,在2008年全面禁止在防污涂料中使用有机锡[6],目前使用的主要防污毒剂———氧化亚铜也将受到限制。出于对海洋环境保护的考虑和迫于各种法律法规的要求,各大涂料生产厂家和科研院所纷纷致力于研发全新的、对海洋环境无污染或低污染的环保型防污涂料。低表面能防污涂料是目前无毒防污涂料的一个主要研究方向,它是利用涂层表面本身所具有的低表面能物理特性,使得污损海生物与涂层的表面润湿性差,从而难以附着或附着不牢,在船舶航行时利用水的剪切力作用或者专门的清理设备就能够将附着的海生物清除。目前研究较多的低表面能防污涂料有两类:一类是氟化物体系低表面能防污涂料,但由于其表面多孔而且弹性模量较高,导致其防污效果不很理想[7],并且成本较高;另一类是有机硅体系低表面能防污涂料[8-9],在高航速、高在航率的船舶上应用较为成功,但在低航速、低在航率的船舶上应用仍存在一定的局限性。本文研究了硅油对低表面能有机硅防污涂料性能的影响,增加辅助防污功能,以增强其防污性能,扩展其应用领域。
  1实验部分
  1.1主要原料
  端羟基有机硅树脂、正硅酸乙酯、硅油、气相二氧化硅、二氧化钛、铁黑、二甲苯:均为工业级;二月桂酸二丁基锡:化学纯;无水乙醇:分析纯。
  1.2低表面能有机硅防污涂料的制备
  将端羟基有机硅树脂和颜填料、溶剂等按配方比例混合,分散良好后加入硅油以及固化剂正硅酸乙酯和催化剂二月桂酸二丁基锡,即制成防污涂料。端羟基有机硅树脂在二月桂酸二丁基锡的催化作用下,与正硅酸乙酯发生交联缩聚反应,形成有机硅树脂网络结构,从而固化形成涂层,如式(1)所示。
  1.3实验方法
  表面能的测定使用上海梭伦SL200B接触角测量仪,测量2μL纯净去离子水在有机硅防污涂料样板表面的接触角,并由计算机软件计算表面能,样板的制备参照GB/T1727—1992;使用XL30ESEM-TMP环境扫描电子显微镜(荷兰Philips公司)观察涂层断面形貌,工作电压为20kV,静态实海挂板实验参照GB/T5370—1985,在青岛中港海洋化工研究院海上浮筏试验站进行。
  2结果与讨论
  2.1二甲基硅油相对分子质量对涂层表面能的影响
  在低表面能有机硅防污涂料中添加同含量、不同相对分子质量的二甲基硅油(PDMS硅油),研究对其表面能的影响,结果如图1所示。
  图1PDMS硅油相对分子质量对涂层表面能的影响
  所添加PDMS硅油的表面能在20.8~21.2mJ·m-2之间,随其相对分子质量的增大,表面能略有增加。与未添加硅油的涂层相比,添加硅油的涂层表面能均有显著的降低。这是因为PDMS硅油与基体有机硅树脂同为甲基硅氧烷结构,两者具有良好的相容性,PDMS硅油能够均匀地分布在涂层中,使得涂层表面聚集的甲基增多。涂层表面朝外排列的甲基上的氢原子与水中的氢原子相互排斥,使水分子难以与亲水性的氧接近,因此增大了涂层的憎水性,涂层的表面能得以降低。由于硅油含量相同,相对分子质量较低的硅油具有更多的甲基,并且由于其分子链更短,在涂层中分散更为均匀,因此相对分子质量较低的PDMS硅油对涂层表面能的降低效果更为显著。
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