[发明专利]湿度感应甜菜碱类含氟智能防污涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一类湿度感应甜菜碱类含氟智能防污涂料及其制备方法。

背景技术

海洋附着生物是长期生长在船舶和海洋中一切设施表面的动物、植物和微生物的通称，它造成的生物污损给船舶维护带来了巨大的经济损失。当海洋生物附着在船底时，会随着这些污损生物的生长而发生一系列复杂的物理化学变化，大大加速了船底钢板的腐蚀，降低了装备的使用寿命。同时，污损生物会使舰船的自重和航行阻力增加，从而增加燃油消耗，严重影响航天测量船完成任务。生物污损造成的损失难以精确计算，据不完全统计，全世界仅生物污损给各种水下工程设施与舰船设备造成的损失每年可达数百亿美元以上。

在众多的防污方法中，在船舶及水下设施表面涂覆防污涂料是最经济、有效的方法，防污涂料的研究经历了高毒向低毒、无毒转变，随着时代的发展和环保呼声的高涨，对防污涂料提出了新的要求：无毒、高效、经济。因此，开展对新型、高效、经济的海洋无污染防污涂料的研究开发，不仅具有争取主动的军事战略意义，而且还有很大的经济效益和社会效益。

传统的毒性防污涂料一般只对某些海洋生物有抑制作用，而且随着毒性物质的不断释放，其防污效果也逐步下降。低表面能防污涂料由于其上的附着界面非常弱，利用自重、航行中水流的冲击或辅助设备的清理可以轻易除去。并且低表面能防污涂料是基于涂料表面的物理作用，不存在毒性物质的释放损耗问题，能起到长期防污的作用。目前使用的低表面能材料主要是有机硅系列和有机氟系列材料。这类涂料完全不含毒性，从环保的角度讲是一种理想的选择。

其中有机氟系列材料由于氟的电负性很大，C-F键十分稳定，并且含氟的侧链有朝外的倾向，可对主链和内部分子形成“屏蔽保护”，从而使含氟丙烯酸酯类聚合物具有许多优良的性能，如良好的化学惰性、耐候性、抗污性、耐水耐油性等优点。

正由于含氟丙烯酸酯涂料凸显出该类聚合物的许多特异的性能，如优异的化学稳定性、耐候性、耐热耐寒性、耐腐蚀性、电性能、耐辐射性等，另外表面能低、疏水疏油等，该类聚合物在民用和军工领域有着广泛的应用前景。国内外的大型化工公司如3M、杜邦、旭硝子、大坂有机化学公司、哈尔滨雪佳等，对氟化合物的研究投入大量财力和物力，来保持在这一领域的领先地位，体现公司的实力。但含氟化合物成本较高，在工业生产过程中一般将含氟化合物跟其他丙烯酸酯类化合物共聚，用作船舶涂料时，由于含氟基团的强疏水作用，水下部分的含氟基团会发生旋转进而将其他非氟基团推至表面，从而大大降低了涂膜水下部分的防污功能。因此，虽然含氟丙烯酸酯化合物作为空气中涂料具有很好的防污功能，但是作为水下涂料效果不是非常理想。

而带有等量正负电荷表面官能团的两性离子聚合物材料，通过离子溶剂化作用，具有极强的水合能力。研究表明，这些表面（两性离子官能团或者是阳离子和阴离子官能团的混合体）是基于电荷的相互作用而阻抗蛋白质吸附，由于带电端基官能团的溶剂化作用和氢键作用，在表面形成一个结合水的边界。研究表明羧基甜菜碱以及磺基甜菜碱两性离子聚合物表面都表现出极低的蛋白质吸附性能，进一步的石莼孢子和藤壶介虫幼虫黏附测试证明，该两性离子聚合物涂层稳定性好，并且可有效地阻抗海洋微生物的黏附。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供湿度感应甜菜碱类含氟智能防污涂料及其制备方法。本发明的涂料中含有两种主要的功能基团，含氟基团以及甜菜碱基团。该两类基团均具有防污的功能，并且该两类基团可以根据外部介质（主要指湿度）的变化调节含氟基团以及甜菜碱基团在涂膜中的分布，从而始终保持较好的防污性能。本发明是通过以下技术方案实现的。

湿度感应甜菜碱类含氟智能防污涂料，该涂料的主要组分包括甜菜碱类含氟共聚物、无机盐填料、水性涂料消泡剂、分散剂和水。

上述的湿度感应甜菜碱类含氟智能防污涂料中，进一步优选的，所述组分的用量分别为：甜菜碱类含氟共聚物，其用量占涂料总质量的10%-60%；无机盐填料，其用量为涂料总质量的60%-10%；水性涂料消泡剂，其用量占涂料总质量的0.1%-0.5%；分散剂，其用量占涂料总质量的0.1%-5.0%；水，其用量占涂料总质量的20%-50%。