[发明专利]一种海洋防污涂料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及海洋防污技术，特别是一种海洋防污涂料及其制备方法和应用。

背景技术

船舶长期浸泡在海水中，船体上容易附生藤壶、牡蛎等海洋生物。这些生物在船体的附着生长会造成四大方面的不良影响：1)增加船舶的重量；2)增加船底表面的粗糙度，进而增加船舶航行阻力；3)生物污损过程还将产生有机酸，腐蚀船底钢板和水下设施；4)影响海洋养殖业等。

目前，海洋防污技术主要包括物理法和化学法，例如机械清洗法、电化学法、涂刷防污涂层、电解重金属法、导电涂膜法等。机械清洗法主要是通过特制工具(包括水下机器人)，定期对船底及船壳上的附着生物进行铲除，该方法费时长且耗资大。电化学法是利用电压或海水电解中产生的次氯酸杀死海洋生物的幼虫和孢子，从而抑制其附着和生长。在船舶表面涂覆防污涂料具有应用广、防污效率好，施工相对简单等优点。因此，海洋防污涂料的研究文献持续报道这方面的工作进展，并且已有产业化商品。

防污涂料主要由高分子树脂、防污剂、颜填料、溶剂等组成，其中防污剂为生物毒素，其功能是抑制或防止海洋污损生物的附着。高分子树脂是整个涂层的基底和防污剂的载体，直接影响涂层的性能并控制防污剂的释放。

防污涂料可分为基料可溶型防污涂料、基料不溶型防污涂料、扩散型防污涂料和自抛光型防污涂料。基料可溶型防污涂料是指涂料中的基料可缓慢地溶解，毒料粒子不断地接触海水并释放出来，对污损生物予以杀灭，从而实现了防污的目的。该类涂料常用的基料一般为松香，毒性物质为氧化亚铜或有机锡，缺点是防污期较短。基料不溶型防污涂料中的基料不溶解，但其中的毒料溶解，达到防污的目的，但毒料溶解后，涂层表面有大量的孔洞，表面变粗，航行阻力剧增，另外，毒料的渗出率会随着时间变化而衰减，后期防污效果较差。扩散型防污涂料一般以丙烯酸类树脂和乙烯类树脂作为基体树脂，以有机锡化合物作为毒料，其中，有机锡毒料均匀分散在整个涂层中，使用过程中是利用毒料的扩散释放达到防污的效果。自抛光型防污涂料的涂膜材料会在海洋环境中逐步降解，在水流的冲刷作用下，外层的涂膜材料会逐渐的脱落，且脱落时会使所附着的污损生物同时剥离，同时新的涂膜形成，而新的涂膜接着水解并释放毒料。这样以来，既可以减少生物的附着又降低了基体材料的表面粗糙度，具备较好的防污、减阻性能，其有效期取决于漆膜厚度。

不饱和聚酯树脂(UPR)具有高硬度、高丰满度，耐候性、耐水性、耐油性好，光泽度高，电气绝缘性优，质轻以及价格低廉等优点，是重要的涂料用成膜树脂之一。UPR本身不具有防污性能，一般需要通过外加防污助剂达到防污的目的。

1966年，美国洛杉矶州率先颁布限制有机溶剂挥发的环保法令，规定溶剂型涂料中有机溶剂(尤其是易产生光化学烟雾的溶剂)含量要低于17％(体积)。此后，各国开始逐渐限制溶剂型涂料的使用，加紧研制低(零)挥发性有机化合物(VOC)排放环保涂料。美国于20世纪60年代后期率先开始研制水性UPR涂料和UPR粉末涂料等环保涂料，日本紧随其后。经过几十年的发展，如今的UPR环保涂料已成为UPR涂料的重要组成部分，并且不断涌现出更为环保的新品种。

水性UPR涂料是环保涂料的重要品种之一，与溶剂型涂料相比，它最大的优点就是VOC含量较低、无异味、不燃烧且毒性低，其主要成分为水性不饱和聚酯(UP)。水性UP是在分子链中引入离子型结构单元的一种离子型共聚酯，离子型基团的存在不仅赋予UP水溶性，同时也使其具有优良的吸湿性能和离子电导特性。常用的水性改性剂有挥发性胺、磺酸盐等，这些单体可以单独使用也可复合使用，由其产生或引入的盐基，可以赋予树脂水溶性或水分散性。控制UP的不同酸值或中和度可提供不同的水溶性，制成不同的分散体系，如溶液型、胶体型、乳液型等。然而水性UPR涂料也存在缺陷，如耐水性和耐溶剂性差、硬度低、光泽和丰满度差以及干燥速度慢等，限制了其进一步发展，对此近年来人们进行了大量的研究工作。

粉末UPR涂料也是一类环境友好型涂料，具有无溶剂、零VOC排放、涂装效率高、漆膜性能好、漆膜厚度易控制、生产和操作比较安全等优点。但是粉末涂料也存在生产成本高、涂装设备与一般涂料的不可共用、难以得到薄涂膜、更换涂料颜色品种工序繁琐、烘烤温度高等缺点。这些缺点限制了其进一步发展，特别是其施工烘烤温度较高，一般只能用于金属等材料的涂装。近年来，人们针对这一问题开发出了紫外光固化粉末涂料。这一固化方法大大降低了涂料的固化温度并且涂膜的表面平整度得到有效提高，完全可以满足木材、塑料、中纤板等热敏性材料的涂装要求。