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CN112574629B - 一种水性防污涂料及其应用 - Google Patents

一种水性防污涂料及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种水性防污涂料及其应用，属于涂料技术领域。包括以下重量份数的组分：水性丙烯酸树脂34～69份，水性氟硅改性丙烯酸树脂1～69份，纳米填料3～6份，氟化固体添加剂5～23份，稀释剂4～44份，固化剂2～20份，成膜助剂1～7份。在本发明中，水性丙烯酸树脂和纳米填料的使用，保证涂层具有基础的防污效果；水性氟硅改性丙烯酸树脂能够在波浪的作用下摩擦产电，生成的电荷负载在涂料所形成的涂膜上，电荷的存在能够抑制微生物负载在涂膜表面，进而减缓涂层的受污损程度；同时氟化固体添加剂的使用，进一步提高了涂层的摩擦生电性，有利于对微生物的生长抑制。实施例的数据表明：该水性防污涂料具有较好的防污效果。

Description

一种水性防污涂料及其应用
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种水性防污涂料及其应用。
背景技术
防污涂层作为一种保护涂层可以抑制水中浮游生物在涂层表面的附着。随着环境保护的要求越来越高，水性防污涂层成为防污涂层发展的趋势。水性低表面能涂层利用其低表面能特性可以减少水生物的粘附。
在水环境中的防污涂层受到水流冲击会产生摩擦电流，研究发现利用摩擦起电和静电感应原理制作的摩擦发电机能够有效收集摩擦能并将其转换为电能，为微型电子器件供能。如果能够将这些摩擦电能收集利用，不仅能够极大的缓解能源压力，而且可以产生巨大的经济效益。目前研究人员已经发展了多种形式的摩擦发电机，实现了摩擦能源的收集利用。这些摩擦电能可以减少水生物在涂层上的粘附，增强防污性能。
水性低表面能防污摩擦发电涂层是海洋船舶及装备的重要保护材料，防污涂层的防污效果对船舶的航行速度及能量的节约起到重要作用。
现有技术中防污涂料主要是基于添加防污填料来实现防污效果，防污原理单一，且防污效果有待提高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水性防污涂料及其应用，本发明提供的水性防污涂料具有优异的防污效果。
本发明提供了一种水性防污涂料，包括以下重量份数的组分：
Figure BDA0002831491440000011
优选地，所述纳米填料为二氧化硅、硅烷改性二氧化硅、氟改性二氧化硅、硅烷改性二氧化钛、氟改性二氧化钛、硅烷改性氧化锌和氟改性氧化锌中的一种或者几种。
优选地，所述纳米填料由粒径为30～50nm的纳米填料和粒径为50～200nm的纳米填料按照体积比(1：10)～(10：1)混合而成。
优选地，所述纳米填料由粒径为40nm和粒径为150nm的纳米二氧化硅按照体积比2：1混合而成。
优选地，所述氟化固体添加剂为氟化石墨、氟化石蜡和氟化蒙脱石的一种或几种。
优选地，所述氟化固体添加剂的粒径为10～200μm。
优选地，所述稀释剂为水、乙醇和正丁醇中的一种或几种。
优选地，所述固化剂为水性异氰酸酯固化剂。
优选地，所述成膜助剂为分散剂、消泡剂和偶联剂中的一种或多种。
本发明还提供了上述技术方案所述的水性防污涂料在金属基材防护领域中的应用，所述金属基材处于水环境中。
本发明提供了一种水性防污涂料，包括以下重量份数的组分：水性丙烯酸树脂34～69份，水性氟硅改性丙烯酸树脂1～69份，纳米填料3～6份，氟化固体添加剂5～23份，稀释剂4～44份，固化剂2～20份，成膜助剂1～7份。在本发明中，水性丙烯酸树脂和纳米填料的使用，保证涂层具有基础的防污效果。水性氟硅改性丙烯酸树脂能够在波浪的作用下摩擦产电，生成的电荷负载在涂料所形成的涂膜上，电荷的存在能够抑制微生物负载在涂膜表面，进而减缓涂层的受污损程度；同时氟化固体添加剂的使用，进一步提高了涂层的摩擦生电性，有利于对微生物的生长抑制。实施例的数据表明：该水性防污涂料具有较好的防污效果。
具体实施方式
本发明提供了一种水性防污涂料，包括以下重量份数的组分：
Figure BDA0002831491440000021
Figure BDA0002831491440000031
在本发明中，如无特殊说明，本发明所用原料均优选为市售产品。
本发明提供的水性防污涂料包括质量份数为34～69份的水性丙烯酸树脂，优选为35～65份，进一步优选为40～60份，更优选为45～55份；在本发明的具体实施例中，所述水性丙烯酸树脂的重量份数优选为40份、45份或55份。在本发明中，所述水性丙烯酸树脂能够使得涂料形成连续的膜层。
以水性丙烯酸树脂的重量份数为基准，本发明提供的水性防污涂料包括质量份数为1～69的水性氟硅改性丙烯酸树脂，优选为5～60份，进一步优选为10～50份，更优选为20～40份；在本发明的具体实施例中，所述水性氟硅改性丙烯酸树脂的重量份数优选为5份、10份、20份或30份。在本发明中，所述水性氟硅改性丙烯酸树脂由于氟和硅的存在，使其能够在波浪的作用下摩擦产电，生成的电荷负载在涂料所形成的涂膜上，电荷的存在能够抑制微生物负载在涂膜表面，进而减缓涂层的受污损程度。
以水性丙烯酸树脂的重量份数为基准，本发明提供的水性防污涂料包括质量份数为3～6份的纳米填料，优选为4～5份，在本发明的具体实施例中，所述纳米填料的重量份数优选为5份、6份、3份。在本发明中，所述纳米填料优选由粒径为30～50nm的纳米填料和粒径为50～200nm的纳米填料按照体积比(1：10)～(10：1)混合而成。在本发明中，所述纳米填料优选为二氧化硅、硅烷改性二氧化硅、氟改性二氧化硅、硅烷改性二氧化钛、氟改性二氧化钛、硅烷改性氧化锌和氟改性氧化锌中的一种或者几种，进一步优选为二氧化硅，更优选为二氧化硅VK-SP30G。在本发明的具体实施例中，所述纳米填料具体优选为粒径为40nm和粒径为150nm的纳米二氧化硅按照体积比2：1混合而成。在本发明中，所述纳米填料的作用为使涂层具有一定的粗糙度，进而提高涂层的防污性能。
以水性丙烯酸树脂的重量份数为基准，本发明提供的水性防污涂料包括质量份数为5～23份的氟化固体添加剂，优选为10～20份，更优选为15份；在本发明的具体实施例中，所述氟化固体添加剂的重量份数优选为10份或15份。在本发明中，所述氟化固体添加剂优选为氟化石墨、氟化石蜡和氟化蒙脱石的一种或多种，进一步优选为氟化石墨；所述氟化固体添加剂的粒径优选为10～200μm，进一步优选为10～50μm。在本发明中，所述氟化固体添加剂的作用为增加涂层的表面疏水性。
以水性丙烯酸树脂的重量份数为基准，本发明提供的水性防污涂料包括质量份数为4～44份的稀释剂，优选为8～40份，进一步优选为10～20份，在本发明的具体实施例中，所述稀释剂的重量份数优选为10份、5份、4份、12份或7份；所述稀释剂优选为水、乙醇和正丁醇中的一种多种，进一步优选为水。在本发明中，所述稀释剂能够减少涂料的粘度，方便涂料施工。
以水性丙烯酸树脂的重量份数为基准，本发明提供的水性防污涂料包括质量份数为2～20份固化剂，优选为3～10份，进一步优选为5～8份；在本发明的具体实施例中，所述固化剂的重量份数优选为2份、3份或5份。；所述固化剂优选为水性异氰酸酯固化剂，在本发明的具体实施例中，所述固化剂优选为Bayhydur XP 2655。在本发明中，所述固化剂的作用为增加涂层的交联度。
以水性丙烯酸树脂的重量份数为基准，本发明提供的水性防污涂料包括质量份数为1～7份的成膜助剂，优选为3～5份；在本发明的具体实施例中，所述成膜助剂的重量份数优选为2份、3份或5份；所述成膜助剂优选为分散剂、消泡剂和偶联剂中的一种或多种，进一步优选为分散剂。在本发明中，所述分散剂优选为Dispex AA 4040或BYK190，进一步优选为Dispex AA 4040，以水性丙烯酸树脂的重量份数为基准，所述分散剂的重量份数优选为2～5份，具体优选为2份、3份或5份。在本发明中，所述消泡剂优选为BYK028、BYK012和BYK024；以水性丙烯酸树脂的重量份数为基准，所述消泡剂的重量份数优选为2～5份。在本发明中，所述偶联剂优选为KH550、KH560和KH570，以水性丙烯酸树脂的重量份数为基准，所述偶联剂的重量份数优选为2～5份。在本发明中，所述成膜助剂能够改善成膜后的表面平整性。
本发明对所述水性防污涂料的制备方法不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的混合物制备方法即可。
本发明还提供了上述技术方案所述的水性防污涂料在金属基材防护领域中的应用，所述金属基材处于水环境中。在本发明中，所述金属基材优选包括船舶、近海金属结构设施、海工设备水下疏油管道或海上钻井平台。
在本发明中，所述水性防污涂料涂覆于金属基体后，在波浪摩擦下，所述水性防污涂料所形成的涂层表面能够摩擦生电，产生的电荷在涂层表面能够抑制微生物的生长，赋予涂层防污性。
下面结合实施例对本发明提供的水性防污涂料及其应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
Figure BDA0002831491440000051
纳米填料为由粒径为40nm和粒径为150nm的纳米二氧化硅VK-SP30G按照体积比2：1混合而成。
实施例2
Figure BDA0002831491440000052
纳米填料由粒径为40nm和粒径为150nm的纳米二氧化硅按照体积比2：1混合而成。
实施例3
Figure BDA0002831491440000053
Figure BDA0002831491440000061
纳米填料由粒径为40nm和粒径为150nm的纳米二氧化硅VK-SP30G按照体积比2：1混合而成。
实施例4
Figure BDA0002831491440000062
纳米填料由粒径为40nm和粒径为150nm的纳米二氧化硅VK-SP30G按照体积比2：1混合而成。
实施例5
Figure BDA0002831491440000063
纳米填料由粒径为40nm和粒径为150nm的纳米二氧化硅VK-SP30G按照体积比2：1混合而成。
实施例6
与实施例1类似，区别在于，水性氟硅改性丙烯酸树脂的质量份数为10。
实施例7
与实施例1类似，区别在于，水性氟硅改性丙烯酸树脂的质量份数为5。
实施例8
与实施例1类似，区别在于，所述纳米填料由粒径为40nm和粒径为150nm的纳米二氧化硅按照体积比1：10混合而成。
对比例1
与实施例1类似，区别在于，不加入水性氟硅改性丙烯酸树脂。
对比例2
与实施例1类似，区别在于，所述纳米填料为粒径为10nm的二氧化硅。
对比例3
与实施例1类似，区别在于，不加入纳米填料。
采用GB-5370-2007测试所得涂层材料的防污性，结果如表1所示。
表1实施例1～8及对比例1～3所得水性防污涂料所得涂膜的防污结果
Figure BDA0002831491440000071
从表1可以看出：当容易产生摩擦电荷的水性氟硅改性丙烯酸树脂的比例增大至30份时，所得涂膜的防污效果较好，这是由于水性氟硅改性丙烯酸树脂中的氟硅基团具有低表面能的特性，不利用海洋浮游生物在其上面附着，同时在水流的冲刷下低面表能涂层上粘附的浮游生物更容易被冲刷掉，从而使得涂层具有较好的防污性能；随着涂层中的纳米颗粒的用量增大，涂层表面由于纳米颗粒的聚集产生微结构，这些微结构增加了涂层的水接触角，减少了水与涂层的接触面积，从而减少了浮游生物与涂层的接触面积，使得涂层的防污性能提高。
采用固液摩擦起电方法测试所得水性防污涂层的摩擦生电性，结果如表2所示。
表2实施例1～8及对比例1～3所得水性防污涂料所得涂膜的摩擦生电性
Figure BDA0002831491440000081
从表2可以看出：水性氟硅改性丙烯酸树脂的比例增大时，涂层表面的氟硅基团数量增大，氟硅基团与水摩擦过程中能发生电子转移使得涂层表面带有相应的电荷。涂层表面的氟硅基团增多，其与水摩擦后在表面产生的电荷越多。这些电荷可以抑制水中浮游生物在涂层表面的富集，从而提高涂层的防污性能。当涂层中的纳米粒子的用量增大到6份，所得涂层表面产生更多的微结构，这些微结构与具有低表面能的氟硅改性丙烯酸树脂相结合，使得涂层表面的水接触角增大，因此在涂膜表面产生更高的摩擦电流密度，这些表面电荷能抑制水中浮游生物在其上面的附着，提高涂层的防污性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种水性防污涂料，其特征在于，由以下重量份数的组分构成：
水性丙烯酸树脂 40份；
水性氟硅改性丙烯酸树脂 30份；
纳米填料 5份；
氟化石墨 15份；
水 5份；
固化剂Bayhydur XP 2655 2份；
分散剂Dispex AA 4040 3份；
纳米填料由粒径为40nm和粒径为150nm的纳米二氧化硅按照体积比2：1混合而成；
所述氟化石墨的粒径为15μm。
2.权利要求1所述的水性防污涂料在金属基材防护领域中的应用，其特征在于，所述金属基材处于水环境中。
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