船舶涂料與涂裝技術(shù)作業(yè)(共8頁)

1、- Page2 - Page9 -船舶涂料(tlio)與涂裝技術(shù)作業(yè) 辣椒素低表面(biomin)能船舶防污涂料(tlio) 完成人： 班 級(jí)： 姓 名： 大連海事大學(xué) 完成時(shí)間：2015.6.29 設(shè)計(jì)(shj)思路1.通常的海洋防污技術(shù)是以毒料釋放型防污為主要途徑，通過涂料中可釋放的銅、錫、汞、鉛等防污劑，在材料周圍形成對海洋植物孢子以及海洋動(dòng)物幼蟲有毒殺作用的毒料濃度層，從而達(dá)到防污效果(xiogu)。此類防污涂料在使用過程中，部分毒劑會(huì)造成海水水體污染，對海洋生態(tài)平衡以及人類健康具有潛在的危害。2.在百度(bi d)上搜“船舶防污涂料”的時(shí)候，我們看到了這樣的話“人們期待使用環(huán)境友好型

2、防劑，特別是雖不具殺滅生物活性的物質(zhì)，但有高度的麻醉性、趨避性以及阻礙附著性能的防污助劑”，據(jù)此我們作了以下幾個(gè)考慮： 高度麻醉性醫(yī)用麻醉劑，麻油，辣椒； 阻礙附著性能涂料表面光滑，荷葉疏水性；經(jīng)過小組討論加上查閱文獻(xiàn)資料，我們確定了做辣椒素（防污劑）加低表面能成膜物。（注：詳細(xì)思考討論過程在總結(jié)中有體現(xiàn)）3.對于配方，我們按照一份簡單的防污涂料的配方，經(jīng)模仿查閱資料得出我們的配方，但是由于沒有條件做實(shí)驗(yàn)，沒有做出精確的配比。設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)與依據(jù)主防污劑：辣椒素(又名辣椒堿類化合物，俗名辣索)是辣椒中引起辛辣味的物質(zhì)，含量僅萬分之一時(shí)，味覺就可感覺到明顯的辣味。它是一類含酚羥基的生物堿，其分子式

3、辣椒素最早是由DJBennet等人用色譜、核磁共振等儀器詳細(xì)分析其組成后發(fā)現(xiàn)的，之后日本的Fukaya等以乙醇為夾帶劑，采用超臨界技術(shù)從辣椒中直接分離得到80左右的辣椒素。辣椒素?zé)岱€(wěn)定性高，通常條件下純品為白色(或淡黃色、微紅色)針狀微晶體，熔點(diǎn)范圍為57-66，沸點(diǎn)范圍為210220，無毒性，但刺激性很強(qiáng)。易溶于甲醇、乙醇、丙酮、三氯甲烷、二氯甲烷、乙酸乙酯及堿性(jin xn)水溶液中，難溶于冷水。 辣椒素作防污劑，可以是均勻分散的辣椒素、含油樹脂辣椒素液態(tài)溶液，也可以是結(jié)晶的辣素。它作為一種穩(wěn)定的生物堿，不受溫度的影響，并具有抗菌、趨避(q b)海洋附著生物的功能，而且不破環(huán)自然生態(tài)，不

4、污染環(huán)境。2. 成膜物：目前應(yīng)用最多的低表面能材料主要(zhyo)以有機(jī)氟系列化合物物和有機(jī)硅系列化。（涂料化學(xué)課程）有機(jī)硅低表面能防污涂料：有機(jī)硅是指有機(jī)聚硅氧烷，根據(jù)其摩爾質(zhì)量和結(jié)構(gòu)不同，可分為硅油、硅樹脂和硅橡膠等。以硅橡膠為基料的地表面能防污涂料，有機(jī)硅樹脂一般由有機(jī)硅單體水解縮聚而得，兼有無機(jī)和無機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)，是非常好的低表面能材料。硅樹脂涂料有不少缺點(diǎn)：成膜性能較差，包括固化溫度高、時(shí)間長，大面積施工不方便，且涂膜對底層附著力差。用氟化改性主要是增加有機(jī)硅樹脂的耐溶劑性，斥油性（抗黏性）和降低表面能。有機(jī)氟低表面能防污涂料：聚四氟乙烯具有很低的表面能，從理論上將上應(yīng)具有優(yōu)異的防污性

5、。但許多專家對有有機(jī)氟樹脂的防污性進(jìn)行了專門的研究，得出了基本理論如下：a) 涂料為熱熔成膜，涂膜的致密性較差，海洋微生物深入涂膜內(nèi)部，牢固粘附在涂膜的微孔內(nèi)。b) 樹脂中特別(tbi)是涂膜表面絕大部分是CF2基團(tuán)，與CF3基團(tuán)相比，其耐沾污性明顯較差。c) 海洋微生物接觸涂膜表面時(shí)，誘導(dǎo)表層聚合物分子(fnz)發(fā)生重排，是涂膜表面能提高。（3）人們在研究過程中發(fā)現(xiàn)，引起表面(biomin)能防污涂料防污性能不好的一個(gè)很大的原因是：涂料中大量的不懼有地表面能性質(zhì)成分的存在。為了降低這些成分在樹脂中的比例，將有機(jī)硅、有機(jī)氟配用，值得一種新型的低表面能防污涂料以氟代聚硅氧烷為基料的防污涂料。a）

6、基本原理：以硅氧鏈為主鏈，在側(cè)鏈中引入一定濃度的CF3基團(tuán)。該基團(tuán)由于其極大地表面活性將嚴(yán)格取向于表面，整個(gè)大分子既保持了線型聚硅氧烷的高彈性及高流動(dòng)性，又吸收了CF3基團(tuán)的超低表面能特性。b）該類涂料在一定程度上比有機(jī)硅地表面能防污涂料性能有所提高，特別是機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)對細(xì)菌型和藻類海生物的黏附有所減少，但不能完全消除，該類涂料還需要定期進(jìn)行水下清洗。3. 填料：SiO2和TiO2納米SiO2由于具有優(yōu)越的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性和觸變性等，無機(jī)填料的粒徑越細(xì)，填料的作用就越突出。無機(jī)填料可以改善涂料成膜性能，使原封閉較嚴(yán)的有機(jī)樹脂膜由顏填料微粒阻隔成微孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使防污劑的毒性物質(zhì)滲出較

7、多較快，以迅速達(dá)到防止污損生物生長的目的。納米級(jí)TiO2與傳統(tǒng)的TiO2相比有許多優(yōu)良特性。納米TiO2的粒徑為普通鈦白粉的1l0。納米TiO2受光照射，且只需微弱的紫外光照射，就可以產(chǎn)生活性很高的過氧負(fù)離子、過氧化氫自由基和氫氧自由基。他們具有很強(qiáng)的氧化、分解能力，可破壞有機(jī)物中的C-H、NH、DH、C-O等鍵，具有抗菌和凈化作用。而且，僅起到催化作用，自身不消耗，理論上可以永久使用，對環(huán)境無二次污染。另一方面，納米TiO2不僅能夠殺滅微生物，而且也能夠分解微生物賴以繁衍生存的有機(jī)營養(yǎng)物，達(dá)到更好的抗菌殺菌目的。以上(yshng)兩種納米級(jí)填料改善成膜性能，并在涂料表面形成納米-微納米涂層4

8、. 溶劑(rngj)： 硅樹脂對絕大多數(shù)含水(hn shu)的化學(xué)試劑如稀礦物酸的耐腐蝕性能良好，但耐溶劑的性能較差； 而氟樹脂的耐溶劑性很高，由上文可知，通過和耐溶劑性較差的硅樹脂接枝共聚或配合混合后，溶解性降低； 而辣椒素易溶于各種溶劑且不會(huì)降解； 為了適合涂料較大量的應(yīng)用的性質(zhì)，我們選擇了簡單容易獲得且無毒的乙醇作為溶劑。5.其它：固化劑：氟樹脂和硅樹脂對界面的附著力差，可改善方法有：加固化劑；粗化基材表面；涂底漆，其與基材和涂料有良好的粘結(jié)性能；固化劑：氟樹脂和硅樹脂較難固化成膜，需要加固化劑； 耐水性：（優(yōu)）聚酰胺脂肪胺脂環(huán)胺芳香胺（良） *脂肪族胺類固化劑： 不同范圍的產(chǎn)品具有不同

9、的性能；反應(yīng)活高，室溫或低溫下可以快速固化；對濕度相對不敏感。具有一定的顏色穩(wěn)定性；良好的耐化學(xué)腐蝕性，尤其是耐溶劑；用于熱固化時(shí)，具有良好的高溫表現(xiàn)；很好的耐化學(xué)腐蝕性并具有良好的電性能和機(jī)械性能。所以選擇乙烯基三胺 DETA （3）分散劑：納米粉體分散劑：偶聯(lián)劑處理，高表面能的納米粒子與低表面能的有機(jī)體有較好的親和性，選擇硅烷偶聯(lián)劑 配方(pi fng)設(shè)計(jì)與工藝方案 配方備注含量#成膜物氟硅樹脂防污劑（主要）辣椒素溶劑（主要）乙醇填料納米SiO2 TiO2顏料任意其 他乙烯基三胺 DETA固化硅烷偶聯(lián)劑分散焦磷酸鈉、磷酸三鈉分散BYK346流平滑石粉消泡劑待定*注：*其他的填料或助劑需要

10、參考涂料后期的性能(xngnng)測試來增減 #各物質(zhì)含量(hnling)也需要通過實(shí)驗(yàn)來確定最佳值 制備工藝：1)稱取有機(jī)氟硅樹脂置于含有足量乙醇混合溶劑的燒杯中，以約3500r/min速度分散足夠時(shí)間，期間依次加入消泡劑、分散劑（焦磷酸鈉、磷酸三鈉）、流平劑（BYK346），使各助劑充分地分散在樹脂溶液中; 2)稱取定量的顏填料(其中包括前期被偶聯(lián)劑處理過的納米二氧化硅和二氧化欽顆粒)和辣椒素分批量加入到燒杯中，以2000r/min速度進(jìn)行分散，注意每次加料時(shí)需要調(diào)低轉(zhuǎn)速，保證涂料不向外飛濺;3)將上述分散(fnsn)后的混合物轉(zhuǎn)入三輥研磨機(jī)中，充分研磨后出料即得防污涂料。表面(biomi

11、n)結(jié)構(gòu)微納米結(jié)構(gòu)涂層：混合納米粉和其它微米級(jí)顏填料形成了含有大量(dling)的微米一納米二元粗糙表面，粗糙表面還具有形狀各異的多種微納米孔道、凹槽以及凸起等結(jié)構(gòu)。性能測試配方的接觸角測量：角越大，所對應(yīng)的表面能為越低，耐沾污性能越好。涂膜常規(guī)性能檢測結(jié)果： 外觀，細(xì)度，附著力，硬度，光澤，耐沖擊，耐水，耐酸，耐堿，耐揮發(fā)油等涂膜吸水率檢測：由于該涂料長期在海水環(huán)境中浸泡使用，所以耐水性為重要考察性能耐鹽水性能檢測防污性能檢測 應(yīng)用前景 隨著目前無機(jī)釋放型防污涂料的的退出，起初由于辣椒素的來源較少，只能少量應(yīng)用于關(guān)于與海洋相關(guān)的方向，作為船舶涂料用的較少；但目前有研究員或公司致力于辣椒素的人

12、工合成，當(dāng)能大量生產(chǎn)的時(shí)候，即可大量應(yīng)用于船舶，符合現(xiàn)在提出的綠色無污染要求 總結(jié) 1.在做此次課題的過程中，我們發(fā)現(xiàn)在滿足課題要求的基礎(chǔ)上“創(chuàng)新”和“方向”非常重要，也是最難的地方，我們小組在此話題上注入的精力與時(shí)間很大。 2.在確定方向方面，大家都有自己的想法，我們通過查閱資料和討論逐個(gè)分析并確定每個(gè)課題的創(chuàng)新性和可行性?？紤]了耐高溫，耐磨，超疏水材料，仿生防污幾大方向，但不是創(chuàng)新性不足就是太過高科技，都一一排除了，最后大家一致確定了“以辣椒素為主要防污劑+地表面能材料防污”的組合為方向。 3.在做此片報(bào)告時(shí)，我們(w men)參考了“百度(bi d)文庫”和圖書館網(wǎng)絡(luò)資源（CNKI，中國知網(wǎng)），還有之前學(xué)過的涂料化學(xué)等資源，通過以上資源我們(w men)基本確定了涂料的配方，涂料的制作工藝，涂料的性能檢測等。心得不得不說，做這個(gè)課題時(shí)，我們的時(shí)間不再那么充裕了，本來確定課題方向是最需要時(shí)間的，而且老師留了這么長時(shí)間，期間需要大家查閱各種資料，提出各種想法，進(jìn)行多次討論但我們幾乎用5個(gè)多小時(shí)（2小時(shí)+一個(gè)下午）的緊張的討論和查閱就確定了，其創(chuàng)新性和是否符合老師要求值得商榷，這是我們覺得遺憾之處。