CN103952078A - 一种适用于海洋环境的双组分减阻涂层组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明属于海洋节能技术领域，涉及一种适用于海洋环境的双组分减阻涂层组合物，该组合物按Ａ组分10-20质量份，B组分1质量份的比例混合，其中Ａ组分的组成为：有机硅树脂40-85质量份，表面活性剂0.1-10质量份，润滑剂0.1-10质量份，颜填料5-30质量份，溶剂0-50质量份；Ｂ组分的组成为：溶剂30-60质量份，催化剂5-20质量份，交联剂30-50质量份；该组合物固化后表面具有超光滑和自润滑的性质，明显减小平板摩擦阻力，减阻效果随流体雷诺数的增大而增加，且制备方法简单，易于大面积施工，具有广泛的应用前景。

Description

一种适用于海洋环境的双组分减阻涂层组合物
技术领域：
本发明属于海洋节能技术领域，涉及一种适用于海洋环境的双组分减阻涂层组合物，特别是一种由有机硅树脂、表面活性剂、润滑剂及其它助剂组成的双组分减阻涂层组合物。
背景技术：
船舶阻力是衡量船舶快速性能的优劣的总体性能指标之一，对船舶经济性能有重大影响，减阻提速可明显降低营运成本、增加经济效益。船舶航行阻力中摩擦阻力占的比重较高，约占总阻力的40％-80％，减小这部分阻力对于增大船舶航速，节省燃油消耗和减少温室气体排放具有重要意义。目前减阻技术主要以微沟槽和超疏水减阻为主，微沟槽减阻源于对鲨鱼表皮鳞片结构的仿生，如专利CN201010532238.0(基于鲨鱼皮表面和基体结构的仿生减阻膜材及其制备方法)、专利CN201110095665(具有柔性壁和仿鲨鱼皮微沟槽的复合减阻蒙皮的制作方法)，专利CN201210345606.X(一种多变环境下仿鲨鱼减阻表面结构调控制造方法)、专利CN201210168736.0(飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜)等公开的微沟槽减阻技术或材料，微沟槽减阻技术一般以薄膜或蒙皮的形式使用，同时该技术在低雷诺数流态下具有较好的减阻效果，但随雷诺数升高减阻性能会大幅下降，甚至可能增加阻力，这限制了其在海洋船舶上的应用；超疏水表面也可用于流体减阻，如专利CN201110396837.9(一种减阻超疏水涂层及其制备方法)，专利CN201310267798.1(一种超疏水纳米涂料及其制备方法)等，超疏水表面形成的前提是空气能够稳定的吸附在微纳米尺度的空隙内，然而在海水浸泡下吸附的空气难以长期稳定存在，孔隙被海水浸润后反而可能形成亲水表面，影响期减阻效果；光滑表面有利于流体阻力的降低，如专利CN201110308630.1(一种低粘度管道用减阻耐磨无溶剂涂料)公开了一种表面粗糙度3微米左右的环氧类减阻涂料，可进行大面积施工，具有一定的减阻性能，但这类减阻材料的表面粗糙度还比较高，减阻性能也需要进一步提高。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于海洋环境的双组分减阻涂层组合物，该减阻组合物固化后表面具有超光滑和自润滑的性质，可明显减小平板摩擦阻力，且减阻性能随流体雷诺数的增大而增加，具有良好的应用前景。
为了实现上述目的，本发明涉及的双组分减阻涂层组合物按Ａ组分10-20质量份，B组分1质量份的比例混合使用，其中Ａ组分的组成为：有机硅树脂40-85质量份，表面活性剂0.1-10质量份，润滑剂0.1-10质量份，颜填料5-30质量份，溶剂0-50质量份；Ｂ组分的组成为：溶剂30-60质量份，催化剂5-20质量份，交联剂30-50质量份。
本发明涉及的有机硅树脂为含有羟基，且包含通式-[Si(R1R2)-O]-重复单元的有机硅氧烷聚合物，其中R1、R2为氢、氟、烷基、芳基和芳烷基；表面活性剂包括硬脂酸、脂肪酸甘油酯、硅油和甜菜碱；润滑剂包括油酸、蓖麻油和含氟油；颜填料包括硫酸盐、硅酸盐、碳酸盐或二氧化硅填料、四氧化三铁、三氧化二铁或二氧化钛颜料以及上述颜、填料的混合物；催化剂包括二月桂酸二辛基锡、二月桂酸二丁基锡、有机铋和乙酰丙酮酸二丁基锡；交联剂包括含硅氧烷基团的聚合物，包括甲基三乙氧基硅烷和正硅酸乙酯；溶剂为乙酸乙酯、正丁醇、甲苯、二甲苯、N,N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙酰丙酮和碳酸二甲酯中的一种或两种以上混合物。
本发明与现有技术相比，涉及的组合物固化后表面具有超光滑和自润滑的性质，可明显减小平板摩擦阻力，减阻效果随流体雷诺数的增大而增加，且制备方法简单，易于大面积施工，具有广泛的应用前景。
具体实施方式：
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
本实施例涉及的适用于海洋环境的双组分减阻涂层组合物中Ａ组分的组成(质量份)为端羟基聚二甲基硅氧烷(粘度7000mPa.s)85份，二甲基硅油(粘度50mPa.s)0.1份，蓖麻油0.9份，气相二氧化硅3份，三氧化二铁4份，碳酸二甲酯7份；Ｂ组分的组成(质量份)为碳酸二甲酯30份，二月桂酸二丁基锡20份，甲基三乙氧基硅烷50份；按Ａ组分15质量份，B组分1质量份的比例混合使用。
实施例2：
本实施例适用于海洋环境的双组分减阻涂层组合物中Ａ组分的组成(质量份)为端羟基聚二甲基硅氧烷(粘度1000mPa.s)40份，硬脂酸5份，油酸10份，碳酸钙25份，二氧化钛5份，二甲苯15份；Ｂ组分的组成(质量份)为二甲苯60份，乙酰丙酮酸二丁基锡5份，甲基三甲氧基硅烷35份；按Ａ组分20质量份，B组分1质量份的比例混合使用。
实施例3：
本实施例涉及的适用于海洋环境的双组分减阻涂层组合物中Ａ组分的组成(质量份)为端羟基聚甲基苯基硅氧烷(粘度7000mPa.s)60份，二甲基硅油(粘度100mPa.s)10份，聚全氟甲***油0.1份，二氧化硅3份，四氧化三铁2份，二甲苯/正丁醇(体积比1:1)24.9份；Ｂ组分的组成(质量份)为二甲苯/正丁醇(体积比1:1)50份，二月桂酸二辛基锡20份，正硅酸乙酯30份；按Ａ组分17质量份，B组分1质量份的比例混合使用。
实施例4：
本实施例涉及的适用于海洋环境的双组分减阻涂层组合物中Ａ组分的组成(质量份)为含氟端羟基聚二甲基硅氧烷(粘度1000mPa.s)40份，脂肪酸甘油酯2.5份，聚全氟异丙醚油2.5份，滑石粉5份，二甲苯50份；Ｂ组分的组成(质量份)为正丁醇45份，二月桂酸铋15份，正硅酸乙酯聚合物(Si40)40份；按Ａ组分13质量份，B组分1质量份的比例混合使用。
实施例5：
本实施例涉及的适用于海洋环境的双组分减阻涂层组合物中Ａ组分的组成(质量份)为Ａ组分的组成(质量份)为含氟端羟基聚二甲基硅氧烷(粘度5000mPa.s)75份，硬脂酸8份，蓖麻油6份，碳酸钙7份，二氧化钛4份；Ｂ组分的组成(质量份)为乙酸乙酯50份，二月桂酸二丁基锡8份，正硅酸乙酯聚合物(Si40)42份；按Ａ组分10质量份，B组分1质量份的比例混合使用。
实施例6：双组分减阻涂层组合物固化后表面粗糙度
本实施例将实施例1组合物按Ａ组分15质量份，B组分1质量份的比例混合均匀，涂敷于碳钢表面，控制干膜厚度在200-400微米之间，待固化后用激光共聚焦显微镜观察并测量粗糙度，结果显示其Rc值(Mean height)为0.453微米，Rz值(Maximum height)为0.706微米，而市售船体表面材料在相同状态下的Rc值为3.248微米，Rz值为5.091微米；在海水中浸泡5个月后，实施例1组合物的Rc值为0.675微米，Rz值为1.708微米，而市售船体表面材料的Rc值为12.713微米，Rz值为7.288微米。
实施例7：双组分减阻涂层组合物的减阻效果验证
本实施例将实施例1组合物按Ａ组分15质量份，B组分1质量份的比例混合均匀，涂敷于1300毫米×400毫米×60毫米碳钢表面，控制干膜厚度在200-400微米之间，置于循环水槽中，改变水流速度调节流体的雷诺数，测试其相对于市售船体表面材料的减阻率；结果显示，雷诺数为0.7×107时，其减阻率为5.1％，雷诺数为0.9×107时，其减阻率为5.5％，雷诺数为1.2×107时，其减阻率为6.0％。

Claims (2)

1.一种适用于海洋环境的双组分减阻涂层组合物，其特征在于涉及的双组分减阻涂层组合物按Ａ组分10-20质量份，B组分1质量份的比例混合，其中Ａ组分的组成为：有机硅树脂40-85质量份，表面活性剂0.1-10质量份，润滑剂0.1-10质量份，颜填料5-30质量份，溶剂0-50质量份；Ｂ组分的组成为：溶剂30-60质量份，催化剂5-20质量份，交联剂30-50质量份。
2.根据权利要求1所述的适用于海洋环境的双组分减阻涂层组合物，其特征在于涉及的有机硅树脂为含有羟基，且包含通式-[Si(R1R2)-O]-重复单元的有机硅氧烷聚合物，其中R1、R2为氢、氟、烷基、芳基和芳烷基；表面活性剂包括硬脂酸、脂肪酸甘油酯、硅油和甜菜碱；润滑剂包括油酸、蓖麻油和含氟油；颜填料包括硫酸盐、硅酸盐、碳酸盐或二氧化硅填料、四氧化三铁、三氧化二铁或二氧化钛颜料以及上述颜、填料的混合物；催化剂包括二月桂酸二辛基锡、二月桂酸二丁基锡、有机铋和乙酰丙酮酸二丁基锡；交联剂包括含硅氧烷基团的聚合物，包括甲基三乙氧基硅烷和正硅酸乙酯；溶剂为乙酸乙酯、正丁醇、甲苯、二甲苯、N,N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙酰丙酮和碳酸二甲酯中的一种或两种以上混合物。
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