有机硅低表面能不粘污涂料实用化

sunny

前言:
有机硅树脂的研究和开发已经有80多年的历史。1970年，丹麦老人牌（HEMPEL）公司首先对该树脂在防污涂料中的应用进行了研究和申请专利，随后其他主要的船舶漆公司也相继申请专利。1972年至1976年间，欧洲、日本先后推出了含有机锡（TBT）的自抛光防污漆（SPC）， 在防污和节能上取得明显的效益，对有机硅的研究开发放缓了下来。随着有机锡对海洋环境的污染逐渐被人们所认识，环境法规不断严厉和限制使用，上世纪90年代才又开始加快了有机硅作为污染控制涂料的开发研究。

进入21世纪，特别是近两年来，船舶防污漆技术的主流正由无锡自抛光防污漆（TFA）向另一个主题前进：有机硅低表面能不粘污涂料（又称“污染释放型涂料”或“污染控制型涂料”，以下简称“低表面能涂料”），在克服了固化、施工、表面能变化等难题之后，由小型舰船试验，已经逐步在大型船舶上开始了实际应用。 据不完全统计，几家世界级的船舶漆生产商，正在谨慎地、但是坚定地把他们的最新低表面能涂料产品投入市场。老人牌（HEMPEL）的低表面能涂料叫HEMPASIL，从2000年起，已经在79艘大型船舶上全船应用，其中最大的船是APL的TURQUOISE， 总长为294米；而速度最快的是意大利警方的快艇，达每小时107公里。 可以预见，低表面能涂料的实用化，将是21世纪最初20年内船舶防污漆领域最重大的革命性事件。低表面能涂料的研究开发、技术突破和实用化，将给船东、船厂、海洋环境乃至人类带来巨大的经济效益和社会生态效益。 1 不粘污机理 低表面能涂料不粘污的机理有三方面：表面平滑、具有弹性、表面张力小。 1.1 平滑性 由于有机硅树脂的流动性好，其所形成的膜具有相当高的平滑性。根据实验室激光地形扫描和高倍电子显微技术的微观研究，低表面能涂料的涂膜表面，与传统的自抛光防污漆的表面比较，无论是新施涂的漆膜还是经过航行两年后的表面，都要平滑好多。

表面平滑，海生物附着的机会就小。另外，在保证航速、节约燃油方面也优于SPC，根据实践的数据，应用低表面能涂料的船舶，比应用SPC的船舶，燃油节约在1%以上。

1.2弹性
由于它的结构特性，其分子链的运动以-O-Si-O-链为轴心向上下左右产生震荡和旋转，因而由其组成的漆膜具有很好的弹性（挠性）。这不仅使漆膜的耐冲击性好，而且使由于长期停泊而松弛地附在上面的海生物，在船舶再次航行时，由于水流的速度和漆膜的弹性而很容易就掉了下来。


1.3表面张力小
低表面能涂料的最大特征是表面张力很小。海生物在低表面能的表面上接触角相对大很多，能供它们附着的接触点就很小，也就是很难附着在表面上（见图1）。即使暂时附在上面，也很容易由于水的冲力而掉落。这就是为什么叫“污染释放”或“污染控制”的原因了。


由此可知，这种新型的低表面能涂料的作用机理完全依赖于涂膜表面的物理作用，而完全不同于传统的自抛光防污漆的基料与海水的反应和溶解、毒料渗析的化学作用。


2 特性与先进性
无毒。由于低表面能涂料的作用机理没有化学因素，因此它不含任何毒料，如氧化亚铜或其他杀虫剂。无毒，光是这一点就是船舶防污漆的一项革命，也是船舶涂料对海洋环境的一个重大贡献。所以，低表面能涂料是目前环境最友好型的涂料之一，也不会受到当前世界环境法规和杀虫剂条例的限制。


“污染释放”。低表面能涂料不粘污海生物，或者在粘污后可以很容易地自动清洗，保持船底表面的平滑性。由于“污染释放”需要有一定的冲力，所以应用低表面能涂料的船舶，最好有中等到较高的航速和营运率。


节能。自抛光防污漆是在上世纪七十年代由于能源危机而出现的高效节能防污漆。根据实践证明，低表面能涂料比自抛光防污漆的节能效果更显著，普遍平均提高1%或以上。现代大型商船每天消耗燃油上百吨乃至数百吨，长期下来节能效益就相当可观了。


应用广泛。由于不含氧化亚铜，涂料的比重就轻很多，减轻整船的重量。另外，可以直接使用在铝壳船上，不构成腐蚀的危险。还有，不必分海域或水温，应用灵活广泛。


VOC低。低表面能涂料的面漆一般固体体积都在70%左右，VOC很低，对施工人员和环境都有好处。


施工、配套常规化；


保护期长，一般都是五年有效期。


3 典型配套


低表面能涂料的配套与传统的防污漆配套差别不大。首先必须有防锈涂料系统 （一般为环氧防锈系统），加上一道有机硅中间过渡漆，然后是一道低表面能涂料。其区别在于中间过渡漆的种类不同，以及低表面能涂料只需一道150微米，就可以有5年的有效期。


配套一（适用于修船）：
环氧防锈涂料     2 X 150 微米
有机硅过渡漆     1 X 120 微米
        低表面能涂料     1 X 150 微米
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        干膜总厚度           570 微米
   
新造船由于从分段到上船台组装到下水，中间相隔较长时间，从几个月到一年，为了减少施工时的有机硅对其他表面的污染和漆膜碰伤，通常在分段防锈漆施涂后再加一道环氧封闭漆，在上船台组装后施涂前也加涂一道环氧封闭漆，然后再施涂有机硅过渡漆和低表面能涂料。


配套二（适用于新造船）：
        环氧防锈涂料      2 X 150 微米
        环氧封闭漆        1 X （50-75）微米
        环氧封闭漆        1 X （50-75）微米
        有机硅过渡漆      1 X 120 微米
        低表面能涂料      1 X 150 微米
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        干膜总厚度            670-720 微米


根据不同的船型、营运状况、使用部位和船速，低表面能涂料分为几个级别。一般要求船速在每小时27公里（15海里）以上，营运状况在50%以上，最好在75%以上。因此，低表面能涂料特别适用于集装箱轮、渡轮、大型油轮（LNG、LPG、VLCC）、快速舰艇等。低表面能涂料如果应用在螺旋桨和船舵部位，配方需要适当调整。


4 涂装要点

4.1混合和使用期


    低表面能涂料及其中间过渡漆一般都是双组分甚至三组分涂料，除了基料外，另外的组分是固化剂、交联剂或促进剂等。由于有机硅树脂一般都对湿气敏感，因此必须在施工前才能开桶，按照说明书的指示混合均匀，尽快在使用期内施工完。混合使用期一般为一至两小时，如果超过使用期，剩下的油漆虽然表面看不出什么变化，也不能再使用。


4.2最后涂装和清洗

由于低表面能涂料的有机硅对其它表面会产生污染，影响其它涂层的附着力及表现，因此，必须在其它涂层全部施涂完成后才能涂装，一切焊接、切割等热工工作也必须事先完成。涂装低表面能涂料时，必须先把其它相邻区域可能受漆雾污染或漆膜重叠的表面用薄的塑料薄膜覆盖好。施涂完成后才能去除。


施工前和施工后对工具的彻底清洗也是低表面能涂料能否成功涂装的关键。这些工具包括泵、管道、搅拌器、阀门、过滤网和喷枪等。而清洗后的溶剂或清洁剂不允许再使用，必须按照当地环境法规的规定给予处理。


4.3施涂条件和下水时间
低表面能涂料必须在100C或以上才能施工和固化，油漆本身也必须保持在这一温度以上。涂漆表面温度必须高于露点30C或以上，相对湿度在40%以上至85%以下。在有限的空间施工时必须通风良好和光线足够，但是在大风和下雨的天气不能施工。


无空气喷涂是最有效的方法。只在局部地区修补或预涂装时可用刷涂和滚涂，但必须保证漆膜厚度。


一般不建议使用稀释剂，即使需要采用也不超过体积的5%，以避免漆膜过薄或流挂，同时减少漆雾的飞扬。


低表面能涂料完全固化需要7天，但一般在施涂24小时以后就能实干和下水。气温低的时候可适当延长下水时间，但最长也不会超过48小时。


4.4膜厚及使用期效
低表面能涂料的中间过渡漆的干漆膜厚度一般是120微米，而面漆是150微米，这一厚度将可以保证有5年的有效期。


5年以后，由于漆膜表面或系统会有一定的损伤需要修补，同时由于有机硅的微量转移和流失，漆膜的表面能升高，使自动清洗的功能下降，因此需要重新施涂一道新的低表面能涂料，又可以有5年的有效期。


在施涂新的低表面能涂料之前，只需要对受损伤的部位进行适当处理和补涂以及整个表面进行清洁和干燥，就可以开始全涂一道新的低表面能涂料。

yulveyu

感谢楼主的资料。应用在建筑涂料领域里，效果和实用价值怎样呢？给介绍下一下吧。谢谢

delver

楼主能否给介绍一下,这种低表面能涂料用的主体树脂?谢谢!

cheung3733

这些都是保密的啊