船舶低表面能防污涂料研究进展.pdf

化学工程师
Sum 180 No9
Chemical Engineer
2010年第9期
文章编号:1002-1124(2010)09-0036-03
船舶低表面能防污涂籵研究进展
程宇锋,蔡文俊,孙国亮
(中国卫星海上测控部,江苏江阴214431)
摘要:本文论述了低表面能防污涂料的机理和研究进展,展望了仿生技术在低表面能防污涂料研究中
的应用前景。
关键词:防污;低表面能;研究进展;仿生技术
中图分类号:TQ630.6文献标识码:A
Development of shipping low surface energy antifouling paints
CHENG Yu-feng, CAI Wen-jun, SUN Guo-liang
( China Satellite Maritime Tracking and Controlling Department, Jiangyin 214431, China)
Abstract: This article has described the mechanism and recent research progress of low surface energy
antifouling paints on ships, and prospected the application of bionics technology in low surface energy antifouling
paints.
Key words: antifouling low surface energy; current developments; bionics technology
海洋附着生物是长期生长在船舶和海洋中
功;γ:为真空下固体的表面能;,为液气平衡状态下
切设施表面的动物、植物和微生物的通称,它造成的表面能;ya为固液界面自由能),固体表面自由能
的生物污损给船舶维护带来了巨大的经济损失2。越低,附着力越小145。因此,涂料具有很低的表面
在众多的防污方法中,在船舶及水下设施表面涂覆能,海生物就难以在其上面附着,即使附着也不牢
防污涂料是最经济、有效的方法,防污涂料的研究固,在水流或其他外力作用下容易脱落。低表面能防
经历了高毒向低毒、无毒转变,随着时代的发展和污涂料是当前防污涂料研究的热点,本文主要介绍
环保呼声的高涨,对防污涂料提出了新的要求:无毒、低表面能防污涂料的研究进展及其发展趋势。
高效、广谱。
1有机硅系列低表面能防污涂料
有机硅是指有机聚硅氧烷,其表面能低、憎水
性强、结构稳定,有机硅系列防污涂料表面能低,具
有更平滑的表面。有机硅系列化合物包括有机硅树
脂、硅橡胶及其改性物质等。
国外对有机硅系列防污涂料研究起步较早,美
国海军从二十世纪80年代开始投入大量经费用于
课题硏究,主要硏究內容就是有机硅低表面能防污
图1船只受海洋污损情况
涂料,他们将缩聚固化有机硅防污涂料用于铝制巡
Fig 1 Corrison of ships by seawater
海洋生物附着机理极其复杂,首先是在物体表逻艇的防污,但其漆膜强度较低,在水中易遭破坏,
使防污作用失效6。
面上的分泌一种粘液,这种粘液对物体表面润湿,
Milne?采用室温固化硅橡胶和硅油的化合物
并在其上分散,然后通过化学键合静电作用、机械联
制成一种防污涂料,经试验证实其防污期可达10年。
锁及扩散作用4种机理之一或几种组合进行粘附。根
Ishihara研发了含硅氧烷树脂型自抛光防污
据 Dupre 1推导的公式W=Y+%×ya(式中.为粘附涂料。这种涂料能从表面缓慢水解释放出硅烷,产
收稿日期:2010-0602
生亲水性基团,当亲水性基团达到一定数量后,表
作者简介:孙国亮(1985-),男,助理工程师,湖北荆州人,主要从事面树脂溶解或分散于水中,不断形成表层,同时释
船舶维修与特种涂料研究。
放出防污剂,起到防污作用。
2010年第9期
程宇锋等:船船低表面能防污涂研究进展
国际涂料公司生产的 Intersleek系列产品,其中防污涂料,这种涂料通常采用氨基硅氧烷作固化剂。
I nters eek425作为第一种低表面能船用防污涂料已于
欧洲委员会和欧洲涂料聚合物公司?对自分
1996年投入到船市场,主要用于航速大于5kmh1的层技术获取低表面能涂层的理论和应用进行了研究。
高速航行的船舶:1999年玄公司又推出了 Intersleek700,
有机氟系列防污涂料的研制难度要比有机硅
用于航速为2-55kmh'的快速往返的船舶?
系列防污涂料大得多。到目前为止,以有机氟系列
我国在这方面的研究也取得一定进展。田军等低表面態防污涂料仍没有能够大量使用的工业化
人?采用聚二甲基硅氧烷和环氧树脂为基料,棗四产品。
氟乙烯和石蜡油为填料,TO2和MgO为颜料,聚酰
胺为固化剂,研制出一种可在室温下固化,附着力3仿生技术在防污涂料中的应用
强、防污效果好、对海生物无毒害作用的无毒防污
涂料。
开发环境友好的无释放型防污泠料是防污涂
田军等人还以聚氨酯或环氧改性有机硅橡料的重要发展方向,如何提高防污涂料的广普性、
胶为基料,以低表面能的聚四氟乙烯、石墨层间化
高效性,自然界的生物带给我们设计功能材料带来
合物(CC)和氟化碳酸盐等粉末为添加剂,通过研了启示
磨制成…-种防污涂料,挂海试验防污效果良好。
海洋中的珊瑚、海绵等能代谢出特殊防污剂。
注敬如等人P对有机硅氧烷进行改性,由端羟研究表明珊瑚代谢物中的龙虾肌碱和水性提取物
基聚二甲基硅氧煷和聚氨酯及各自的固化剂、促进
有效防止海洋底柄硅藻的附着,海绵的代谢物能
剂和溶剂等组成,获得了一种高强度、具有低表面强烈抑制纹藤壶幼虫的附着,致死率低于5%,远远
能的双组分涂料。
低于常用防污剂中的CuSO4。海蟹体表能代谢出破
不同基料的有机硅低表面能防污涂料性能各坏藤壶粘液质的固化附着的酶,起到“生物屏障”的
异,以硅橡胶为基料的防污涂料表面能很低,可是作用
成本高,施工难,附着力差;以有机硅树脂为基料的
受海豚表面光滑粘膜的启发,研究人员开发出
防污涂料成本低,操作性强,但缺点是力学性能差
一种可生物降解以乳酸为基础的树脂成膜物。将这
重涂性差。
种成膜物涂饔在船体表面,形成一层光滑粘膜,随
着船舶航行不断降解,媮终保持船体表面光滑,达
2有机氟系列低表面能防污淰料
到防污的目的。
近年来生物表面骰结构给防污涂料研究开辟
美军早在上世纪30年代就开姈研究有机氟防了新的道路,彷鲨鱼皮涂层的应用就是一个很好的
污涂料,前期工作积累了丰富经验。他们发现聚四例子。鲨鱼表皮由一层层盾形片组成,每一片鳞
氟乙烯的表面能最低,理应貝冇最好的防污效果,片上还布满了条纹状汋壑,这种特殊的表面结构使
但实际上防污性能很差,这可能与它的表面多孔性得污损生物只能有很小的吸附面可以落脚,鲨鱼在
有知l。为了使有机氟树脂的低表面能在防污涂料水中前进时,就可以把表面污损生物清除。在船舶
中发挥作用,需要对传统的氟磯树脂进行改性。
上使用仿鲨鱼皮涂层能够明显降低生物污损,提高
美国海军以全氟烷基聚瞇聚氨醋为基料,在涂航行速度,节省能源消耗。另