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污损是海洋环境中非常常见的一种现象,海生物在航行船只的外壳疯长会导致船体重量的增加,并大幅增大了船体运行的阻力[12]。在过去的几十年中,科研工作者开发了大量有效的商业用防污涂料,三丁基锡是最有效的阻止海生物在船体外壳生长的添加剂,但由于释放出的有机锡可在海生物体内积累,从而影响生态环境,目前发达国家已立法并禁止有机锡类防污涂料的使用[34]。
目前,控制消耗型和自抛光型防污涂料是最常用的两种产品,其关键防污添加剂为氧化亚铜、有机铜或锌[56],但这些防污剂仍然是有毒物,并具有生物累积性。可水解型硅烷共聚物也是最近开发的一种新产品,但在防污性能以及船厂配套使用性能上还有待拓展。
本研究用有机硅弹性体作成膜物,制备了一种新型的低表面能且不含任何有毒物质的环保防污涂料。由于该涂料干燥后具有极低的表面能,使海生物无法牢固的附着于基材表面,从而起到防污效果。
1实验部分
1.1原料与仪器
有机硅弹性体中间漆和面漆,自制;200mm*200mm钢板或铝板。
GRACO XTREMEX70带压缩气体的无气喷涂泵;Charles Ross&Son EF F高速搅拌机;TEST O 171 3温湿度记录仪。
1.2实验方法
将钢板或者铝板打磨或冲砂。在钢板上喷涂第一道环氧底漆,干燥后对钢板四周进行底漆封边。继续喷涂第二道环氧底漆后,立即把样板挪到室外进行暴晒干燥,在样板干燥的全程中记录温度和湿度。待样板达到规定的干燥时间(复涂间隔),喷涂第三道有机硅弹性体中间漆,并立即将板移至室外暴晒干燥;待样板再次达到规定的干燥时间,喷涂第四道有机硅弹性体面漆,并立即将板移至室外暴晒干燥。样板达到干燥时间要求后,将之浸入25的海水,3个月检查底漆与中间漆、中间漆和面漆之间的附着力。
1.3附着力评判
5:优,非常的牢固;4:好;3:一般;2:差;1:很差;0:没有附着力,剥离状态。
2结果与讨论
2.1复涂间隔
图1为有机硅弹性体中间漆和防锈环氧底漆之间的复涂间隔,图2为有机硅弹性体中间漆和面漆之间的复涂间隔。
图1 底漆与中间漆之间的复涂间隔
由图1可知,在低温下,环氧底漆需要更长的干燥时间才可以复涂中间漆,否则可能引起层间附着力的失效。在高温下,环氧底漆与中间漆之间的最大复涂时间反而缩短。
图2 中间漆与面漆之间的复涂间隔
图2表明,有机硅弹性体中间漆和面漆之间的复涂间隔比环氧底漆与有机硅弹性体中间漆之间的复涂间隔要宽,这可能是因为同种树脂之间具有更好的兼容性。同样,在现场复涂面漆时不能超过最大复涂间隔,否则会引起漆层之间的剥离,从而失去了涂料保护基材的作用。
两图都说明了底漆与中间漆、中间漆与面漆之间的复涂间隔是有限且短暂的,在实际工业领域运用中需控制漆层之间的复涂时间。
2.2防污性能
在同一只船的立面、船底进行了有机硅弹性体的防污补丁试验,并加做了传统自抛光共聚物防污涂料(SPC)和控制释放型聚合物防污涂料(CDP)对比。船只在运行了2年的航海后再次进坞,检查3种防污涂料的防污效果,记录补丁上是否沾有藤壶、盘管虫、水螅虫、海藻等海生物。图3是附着在测试补丁上植物型、动物型以及菌类淤泥型海生物的面积占整个实验补丁面积的比例图。
图3 CDP、SPC和低表面能弹性体防污性能图
由图3可知,低表面能有机硅弹性体、自抛光丙烯酸铜防污涂料(SPC)具有非常良好的防污性能。但是自抛光丙烯酸铜防污涂料含有重金属铜元素,对海洋生态体系有一定的破坏作用。而低表面能有机硅弹性体不释放重金属离子,不含有毒有害化学物质,其极端的低表面能可使海洋污损物难以附着,即使有少部分附着于其表面,也可以用高压水枪轻易冲洗干净,这给船只维修带来了极大的便利。
3结论
(1)有机硅弹性体漆与环氧防锈漆之间的复涂间隔非常窄,在环氧底漆上喷涂有机硅弹性体时必须严格控制复涂时间。
(2)有机硅弹性体漆在高温高湿下,可更好的快速固化。
(3)与传统的控制释放型防污涂料相比,有机硅弹性体防污涂料和自抛光型聚丙烯酸铜防污涂料均具有优秀的防污效果,但有机硅弹性体防污涂料更符合目前的环保要求。 |
