[发明专利]表面处理

说明书

发明领域

本发明涉及在水性环境如海洋环境中针对污损而对表面的保护。本发明还涉及一种已根据本发明来改性以便具有防污损特性的聚合物表面。本发明还提供一种具有防污染功能性的聚合物复合材料。

发明背景

在本发明的背景下，污损是指通常来说在水生环境下，不想要的材料在一个固体表面上的沉积或累积。污损可以涉及生物机体（称为“生物污损”）或自然界中无机或有机的非生物物质。该固体表面意图执行某一功能并且污损会阻碍或干扰到那一功能。污损还可能引起环境或健康问题。鉴于这些原因，优选减少或完全避免污损。

具体来说，生物污损是影响到各种各样的水下、人造表面的一个高度多样化的问题。生物污损倾向于发生在所有的水性环境中，但在海洋环境中特别普遍。海洋生物污损对航运、海上石油和天然气钻探设备、发电和海水淡化厂以及水产业具有巨大的经济影响。

历史上，针对海洋生物污损而采取的最早预防措施之一是木制船只的铜和铜合金的包护套（或包覆）。铜及其合金能够特别有效地提供针对大多数生物污损机体的保护。然而，随着铁船体的船的出现，铜与铁之间的电化腐蚀成了一个问题。

负载杀菌剂的涂料膜成为了保护船壳的标准做法，并且一致持续至今。在20世纪期间，涂料配方变得依赖于高度毒性的杀菌剂，最明显地是三丁基锡（TBT）。然而，由于担忧广泛使用TBT的生态后果，所以TBT在船上防污损涂料中的使用现已被国际海事组织（IMO）禁止。在任何情况下，依赖于涂料系统的一个缺点是需要定期重新涂布。此外，对于商用船只来说，为进行重新涂布的停运会具有显著的成本影响。

在另一方面，已证实铜及铜合金护套的使用展示出长期防污损活性，并且持续使用于某些应用，例如管道工程以及石油和天然气平台的支腿。相对于纯铜来说，铜镍合金经常是优选的，这是因为它们更耐侵蚀。还已知例如锌的其他金属能够提供生物污损保护，但其作用寿命通常短于铜。然而，该包护套/包覆方法并不是没有问题的。典型地，该金属/金属合金是以贴砖形式来应用并且在涉及到将贴砖粘接至一个船体表面上、尤其是形状更为复杂的表面上时会出现问题。在这种情况下，这些贴砖可能还需要进行特别定制。

这一问题可以通过US 4,751,113中传授的那一类方法来克服。该专利描述了一种将防污损涂层施加到海洋设备表面上的方法，该方法涉及对该表面进行喷砂处理，涂布一个粘接和密封层并且通过热喷涂高速熔化或半熔化的金属颗粒来沉积一个连续的金属或金属合金层。然而，这种方法有些复杂并且将清楚的是，热喷涂并不适用于海洋工作中使用的所有材料。

在US 5,284,682中，使用一个两部分的基于环氧树脂的热固性粘合剂涂层来将一个涂层施加到一只船的船体上。在施加到该船体上之前，通过将铜或铜合金颗粒预混入一种环氧树脂预聚物或聚酰胺硬化剂液体组分中来将这些颗粒并入该粘合剂之中。一旦施加，就使该粘合剂涂层在环境温度下固化。已发现椭圆形颗粒有益地集中在该涂层的表面附近，从而产生一个自由腐蚀的外层以及预防海洋污损的一个有益的绿色氧化层的形成。

在WO94/08840中，通过将微粒形式的一种有机刺激物施加到一个基底表面上所设置的一个粘合剂层上来抑制海洋生物生长，该粘合剂是处于未固化的状态（即，潮湿的）。也可以将铜颗粒或一个铜丝网筛施加到该粘合剂层上。该有机刺激物迁移到该层的表面上以便（可能与铜（如果使用）协作），来提供保护以防生物污损。

上文提及技术的一个问题是典型地依赖的涂层是刚性的并且遭遇了分层，特别是在将该涂层施加到一个柔性结构上的情况下。除了分层之外，温度变化和循环也会导致将这些活性颗粒固定在该涂层中的化学键的减弱。由于这些技术中的大多数涉及到活性颗粒通过迁移穿过涂层和/或通过涂层的磨损而消耗，所以也存在定期重新施加并固化新涂层的需要。这会是一项耗时且繁琐的工作。

使用高温热喷涂来提供一个连续的金属涂层经常是不切实际的，因为聚合物在为了形成这种涂层所要求的延长的热施加下倾向于侵蚀，大多数聚合物具有相对低的熔点并且这限制了在热喷涂过程中可以有效施加的温度。如果在喷涂过程中施加了热，那么在金属涂层与聚合物基底之间热膨胀系数的较大差异也会导致分层。