[发明专利]基于双亲性溶胶的防污涂层材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于双亲性溶胶的防污涂层材料。

背景技术

微生物污损是生物医学、海洋工程、食品包装等领域存在的主要问题。例如，海洋污损生物附着在水下结构（特别是船壳）表面会造成表面摩擦阻力增大，降低船速，增加燃料消耗，造成巨大经济损失。统计表明，船舶的船壳海洋生物污损率仅为5%时，船舶航行受到的阻力相当于没有污损的船舶所受阻力的2倍，燃料消耗增加了10%，甚至增长40%。因此，必须采取适当的措施防止海洋生物的附着，其中最有效防护措施就是在船壳表面涂覆耐腐蚀性和防生物污损性强的专用防污涂料。

在过去几十年中，有机锡防污涂料曾被大量使用。然而，有机锡在水中稳定存在且会积累，可引起一些生物体畸形，还有可能进入食物链，成为影响人类健康和生态的安全隐患。20世纪90年代开始，各研究机构和各大海洋涂料公司开始关注无锡自抛光树脂的合成及其涂料的制备。目前，在市场上占主导地位的防污涂料是含有氧化亚铜防污剂(毒性是TBT的1/40-1/50)的防污涂料。但由于铜元素也会在海洋中特别是海港中大量积聚，导致海藻的大量死亡，并对以藻类为食物的鱼类造成危害，破坏生态环境。这类防污涂料也将逐渐被淘汰。特别是国际海事组织海洋环境保护委员会(IMO-MEPC)提出2008年全面禁止在防污涂料中使用有机锡以来，环境友好型船舶防污涂料的开发研制已经在全球范围内蓬勃展开起来。

环境友好型的防污涂料研究思路主要包括：利用生物难以在酸性或碱性环境中附着的特点，制备如硅酸盐防污涂料产生稳定的高碱性环境；寻找合适的天然防污剂以及人工合成替代的防污剂，在不破坏环境的前提下防止生物附着；制备以低表面能树脂为基体的防污涂料，增加生物附着的难度；将导电高分子用于形成电解防污涂料，构建生物难以附着的辐射或电场环境；制备以双亲性共聚物为基体树脂的防污涂料，利用共聚物结构上的亲水性链段（主要是聚乙二醇（PEG））抑制蛋白吸附，减少生物附着。尽管这些方法各有优势。但目前而言都面临着防污期效较短的共同缺陷。此外，它们还具有合成技术和筛选难度大、工序复杂，对抗生物附着有选择性，物理和化学稳定性差等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双亲性溶胶的防污涂层材料。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于双亲性溶胶的防污涂层材料，其特征在于该涂层材料的组分及重量百分含量为：

双亲性溶胶20~70%，

树脂0~50%，

颜填料0.5~50%，

交联剂0~10%，

催化剂0~5%，

助剂0.5~3%，

溶剂余量；

所述的双亲性溶胶是由前驱物和硅烷偶联剂按1:1~3的摩尔比，在催化量为前驱物和硅烷偶联剂总物质的量的0.002~0.03倍的水解催化剂的存在下，在0~100℃、反应1~48小时后制成；所述的前驱物为硅酸酯、卤代硅烷、卤化硅、钛酸酯、钛醇盐、卤化钛、卤化锆、锆酸酯、锆醇盐、卤化铝、铝酸酯中的一种或几种；所述的硅烷偶联剂由A类硅烷偶联剂和B类硅烷偶联剂组成，其摩尔比为1:4~30；所述的A类硅烷偶联剂主要为含聚乙二醇链段的硅氧烷中的至少一种；所述的B类硅烷偶联剂为碳链长度为1~18的直链、支链、环状烷烃基硅氧烷，氟代烷基硅氧烷， 3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，γ-巯丙基三乙氧基硅烷，苯基烷氧基硅烷中的至少一种；所述的水解催化剂为无机酸或有机酸中的至少一种。

所述的树脂为有机硅树脂、有机氟树脂和有机氟-硅树脂中的至少一种；

所述的交联剂为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、钛酸四乙酯、钛酸四丁酯和硅烷偶联剂中的至少一种；

所述的催化剂为有机锡类催化剂中的至少一种；

所述的助剂包括流平剂、消泡剂、分散剂和防腐剂，每一类至少一种。

上述的双亲性溶胶中还添加有纳米溶胶，其用量为前驱物质量的0.2~2倍。

上述的纳米溶胶为氧化锆溶胶、二氧化硅溶胶、二氧化钛溶胶、氧化铝溶胶、Si-Al溶胶、Si-Zr溶胶和Si-Ti溶胶中的至少一种。

上述的颜填料为二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、三氧化二铁中的至少一种。

将上述原料放入高速分散机，以300～1500 r/min的速度分散30-60 min；再进研磨60-240 min；完毕后制得涂料，装入防潮密封的容器中，进行包装。