CN114106610A - 一种纳米光催化海洋防污防腐涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米光催化海洋防污防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：将二氧化钛、尿素和去离子水按比例混合，在破碎机中搅拌中室温下搅拌超过12小时后，并在一定温度下干燥24‑30小时；化学物质的状态变为固体；将固体收集后在马弗炉中升温至煅烧温度，然后在此高温下煅烧4‑5小时；在马弗炉中煅烧后，二氧化钛的颜色由转变成褐色，在球磨机中球磨15‑25分钟，即可。本发明的纳米光催化海洋防污防腐涂料可以通过光阴极保护有效地进行防腐。电子‑空穴对形成后，电子可以转移到金属基板上，从而降低电极电位，从而起到防腐作用；纳米结构材料可以充当填料，阻止Cl‑和Na+离子的传输以实现耐腐蚀性，表面的疏水性也有助于防腐蚀功能。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种纳米光催化海洋防污防腐涂料及其制备方法。
背景技术
在船舶工业中，污垢和腐蚀是主要问题。船体和螺旋桨的污垢会降低海船的速度，导致燃油效率低下。腐蚀会导致材料失效并缩短在海水下运行的金属部件的使用寿命。此外，海洋基础设施和设施，例如海水冷却***也面临同样的问题。海上运输中的船体污垢会增加摩擦阻力，导致低速和燃油效率低下。有证据表明，污垢会导致额外的30-40％的燃料消耗，相当于全球每年100亿美元的经济损失。
过去，有毒的三丁基锡(TBT)涂料用于阻止生物污垢在船体上的生长。尽管TBT涂料有效，但它们杀死了其他海洋生物并破坏了栖息地。因此，国际海事组织(IMO)和许多地区环保部门禁止使用TBT。目前，传统的防污漆主要含有铜或锌作为主要的生物杀灭剂，以减轻海洋生物污垢。尽管铜基和锌基涂料的毒性比TBT小，但它们仍然对环境有害。船厂、水产养殖场和海洋工业场地周围的海水和沉积物受到重金属的严重污染。我们最近的测量表明，沉积物中重金属的浓度超过了国际允许限值的60倍。这种退化的生态会对食物链和我们的健康产生不利影响。虽然市场上有各种船用防污防腐涂料，但它们都存在有效性有限、环境污染和生态影响等缺点。
目前，传统的防污漆主要含有铜或锌作为主要的生物杀灭剂，以减轻海洋生物污垢。然而，结垢和腐蚀问题仍然存在。此外，重金属对海洋环境和生态***的危害很大。造船厂、水产养殖场和海洋工业场地周围的海水和沉积物受到重金属严重污染，对海洋生态和海产品造成严重不利影响。
目前有人研究了一种可以有效阻止海洋生物附着的船舶涂料及其制备方法，例如CN111100529A，但是上述所用的有效成分成本高，难以产业化。中国发明专利CN110484028A公开了一种光催化抑菌防污的无机防腐涂层及其涂覆方法，该方法的涂层防污效果好，但是采用了氟化物和半导体抑菌剂，环保性能有待提升；所以有必要开发一种新型的海洋防污防腐涂料。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种纳米光催化海洋防污防腐涂料。
本发明的技术方案如下：
一种纳米光催化海洋防污防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：将二氧化钛、尿素和去离子水按比例混合，在破碎机中搅拌中室温下搅拌超过12小时后，并在一定温度下干燥24-30小时；化学物质的状态变为固体；
步骤B：将固体收集后在马弗炉中升温至煅烧温度，然后在此高温下煅烧4-5小时；
步骤C：在马弗炉中煅烧后，二氧化钛的颜色由转变成褐色，在球磨机中球磨15-25分钟，即可。
优选的，所述的步骤A中，所述的二氧化钛、尿素和去离子水的比例为(0.5-2)g：(0.8-1.5)g：20ml。
进一步优选的，所述的步骤A中，所述的二氧化钛、尿素和去离子水的比例为1g：1g：20ml。
优选的，所述的步骤A中，所述的干燥温度为50-70℃。
优选的，所述的步骤B中，所述的煅烧温度为350-800℃，马弗炉升温设定为5℃/min。
本发明还要求保护由该方法制备得到的纳米光催化海洋防污防腐涂料。
本发明的有益之处在于：
1.光催化是解决海洋污染问题的一种很有前景的方法。当光催化剂被光激活时，会产生强活性氧(ROS)。光催化氧化和超疏水性是有助于防污效果的属性。纳米光催化海洋防污/防腐涂料采用太阳能光催化，防止藤壶、管虫、贻贝等在船体上生长。
2.光触媒对海洋生态无不良影响。我们正在进行的使用改性可见光活化光催化剂的纳米光催化防污漆的研究已经成功证明，光触媒添加剂可以减少铜在防污漆中的使用。研究结果进一步揭示了光催化在开发无铜防污漆方面的潜力。
3.过去，我们成功开发了有效的一种光催化材料，其中包含用于增强太阳能光催化的阴离子掺杂二氧化钛。目前，我们进一步通过阴离子/金属共掺杂对材料进行改性，以增强防污效果，并为钢、铁和铝船体提供额外的防腐功能。
4.本产品名为纳米光催化海洋防污/防腐蚀涂料。它可以通过光阴极保护有效地进行防腐。电子-空穴对形成后，电子可以转移到金属基板上，从而降低电极电位，从而起到防腐作用。另一种防腐机制是纳米结构材料可以充当填料，阻止Cl-和Na+离子的传输以实现耐腐蚀性。表面的疏水性也有助于防腐蚀功能。
具体实施方式
下述实施例中所用的试剂，如无特殊说明，可以从常规生化试剂商店购买得到。以下实施例中的定量数据，均设置三次重复实验，结果取平均值。
实施例1
一种纳米光催化海洋防污防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：将二氧化钛、尿素和去离子水按1g：1g：20ml的比例混合，在破碎机中搅拌中室温下搅拌16小时后，并在60℃条件下干燥24小时；化学物质的状态变为固体；
步骤B：将固体收集后在马弗炉中以5℃/min升温至350℃，然后在此高温下煅烧4.5小时；
步骤C：在马弗炉中煅烧后，二氧化钛的颜色由转变成褐色，在球磨机中球磨20分钟，即可。
实施例2
一种纳米光催化海洋防污防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：将二氧化钛、尿素和去离子水按2g：0.8g：20ml的比例混合，在破碎机中搅拌中室温下搅拌12.5小时后，并在70℃条件下干燥28小时；化学物质的状态变为固体；
步骤B：将固体收集后在马弗炉中以5℃/min升温至520℃，然后在此高温下煅烧4小时；
步骤C：在马弗炉中煅烧后，二氧化钛的颜色由转变成褐色，在球磨机中球磨25分钟，即可。
实施例3
一种纳米光催化海洋防污防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：将二氧化钛、尿素和去离子水按0.5g：1.5g：20ml的比例混合，在破碎机中搅拌中室温下搅拌15小时后，并在50℃条件下干燥30小时；化学物质的状态变为固体；
步骤B：将固体收集后在马弗炉中以5℃/min升温至400℃，然后在此高温下煅烧5小时；
步骤C：在马弗炉中煅烧后，二氧化钛的颜色由转变成褐色，在球磨机中球磨15分钟，即可。
实施例4
一种纳米光催化海洋防污防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：将二氧化钛、尿素和去离子水按1.2g：1g：20ml的比例混合，在破碎机中搅拌中室温下搅拌15小时后，并在60℃条件下干燥28小时；化学物质的状态变为固体；
步骤B：将固体收集后在马弗炉中以5℃/min升温至520℃，然后在此高温下煅烧4小时；
步骤C：在马弗炉中煅烧后，二氧化钛的颜色由转变成褐色，在球磨机中球磨20分钟，即可。
实施例5
一种纳米光催化海洋防污防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：将二氧化钛、尿素和去离子水按1g：1.5g：20ml的比例混合，在破碎机中搅拌中室温下搅拌15小时后，并在70℃条件下干燥24小时；化学物质的状态变为固体；
步骤B：将固体收集后在马弗炉中以5℃/min升温至400℃，然后在此高温下煅烧5小时；
步骤C：在马弗炉中煅烧后，二氧化钛的颜色由转变成褐色，在球磨机中球磨25分钟，即可。
选用本发明的实施例1-5、CN111100529A的实施例1和CN110484028A的实施例1涂层作为对比例1-2，以及无涂层样品进行试验，测试其抑菌防污性能。测试方法参照国标GB/T 5370-2007《防污漆样板浅海浸泡试验方法》及GB/T 6822-2014《船体防污防锈漆体系》。所用基材为3mm厚、尺寸为350mm×250mm的低碳钢板。浅海浸泡周期设定为4个月和8个月，试验结果如下。
表1：抑菌防污性能试验结果(4个月)；
表2：抑菌防污性能试验结果(8个月)；
选用本发明的实施例1-5、CN111100529A的实施例1和CN110484028A的实施例1涂层作为对比例1-2，以及无涂层样品进行试验，测试其耐海水腐蚀性能。试验方法参照GB/T6458-86《金属覆盖层中性盐雾试验(NSS)》标准进行。试验温度为35±2℃，所用腐蚀溶液为5％氯化钠溶液。在进行3500小时腐蚀后，试验结果如下。
表3：耐海水腐蚀性能试验结果(3500小时)；
由以上测试数据可以知道，本发明的纳米光催化海洋防污防腐涂料具有非常好的防污和耐海水防腐性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种纳米光催化海洋防污防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：将二氧化钛、尿素和去离子水按比例混合，在破碎机中搅拌中室温下搅拌超过12小时后，并在一定温度下干燥24-30小时；化学物质的状态变为固体；
步骤B：将固体收集后在马弗炉中升温至煅烧温度，然后在此高温下煅烧4-5小时；
步骤C：在马弗炉中煅烧后，二氧化钛的颜色由转变成褐色，在球磨机中球磨15-25分钟，即可。
2.如权利要求1所述的纳米光催化海洋防污防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述的步骤A中，所述的二氧化钛、尿素和去离子水的比例为(0.5-2)g：(0.8-1.5)g：20ml。
3.如权利要求1所述的纳米光催化海洋防污防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述的步骤A中，所述的二氧化钛、尿素和去离子水的比例为1g：1g：20ml。
4.如权利要求1所述的纳米光催化海洋防污防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述的步骤A中，所述的干燥温度为50-70℃。
5.如权利要求1所述的纳米光催化海洋防污防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述的步骤B中，所述的煅烧温度为250-280℃，马弗炉升温设定为5℃/min。
6.采用权利要求1-5任一所述的方法制备得到的纳米光催化海洋防污防腐涂料。
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