一种含铜及铜合金粉的铜粉基自抛光型防污涂料及制备方法与流程

本发明属于化工材料技术领域，具体地说本发明涉及一种含铜及铜合金粉的铜粉基自抛光型防污涂料及其制备方法。

背景技术

船舶在服役过程中，海洋污损生物在船体附着，会增加船体表面的粗糙度，大幅增加船舶重量及航行阻力，进而降低航速增加燃油消耗。18世纪中期，人们还未发明防污涂料，在木船上采用铜皮包覆的方法进行防污。但该方法用在钢质基材船体上就会发生非常严重的电偶腐蚀问题，需要非常严格仔细的绝缘措施。直到1860年代开始，防污涂料才开始出现，并逐渐在船上应用。20世纪初的防污涂料主要有可溶基料型和接触渗出型2大类，分别采用可溶树脂及不溶树脂为基料，并添加铜粉和铜化合物为主防污剂，氧化汞、铅、汞、砷、锌和锡等为基本的金属有机化合物为辅助防污剂，通过防污剂的渗出达到防污目的。

1954年Vender Kerk和Luijten 发现一类以三丁基锡为基的毒料具有广谱杀海洋附着生物的能力，其防污能力比氧化亚铜强10到20倍。后来研究人员将三丁基锡接枝到丙烯酸树脂侧链，通过水解作用将有机锡缓慢释放出来，并使涂层在使用过程中表面保持光滑平整，达到优异的减阻增速目的。这类以可侧链水解的丙烯酸树脂为基料，在海水冲刷作用下具有抛光现象的防污涂料统称为自抛光防污涂料。

有机锡自抛光防污涂料的寿命可达到5年，但在20世纪70年代末期人们发现有机锡会对海洋生态环境造成严重破坏，国际海事组织（IMO）通过相关法案，从2003年1月1日起禁止使用含三丁基锡或其它有机锡作为防污漆毒料，并于2008年1月1日起完全禁止该类产品的存在。

在寻找取代有机锡自抛光型防污漆的路线中，主要采用丙烯酸铜或丙烯酸锌树脂为基料，添加氧化亚铜为主防污剂，添加氧化锌、吡啶硫酮铜、吡啶硫酮锌、Irgarol 1051、TCPM等为辅助防污剂。无锡自抛光防污涂料的释出层厚度与树脂水解性能密切相关，树脂水解性能优异的自抛光防污涂料释出层较薄，防污期效可达3-5年。如果树脂的水解性能较差，则会导致涂层释出层增厚，大幅降低内部防污剂渗出速率，仅能达到1-2年的防污期效。

为了克服自抛光型防污涂料的防污期效受树脂水解性能影响较大的不利因素，本发明提出了一种含铜及铜合金粉的铜粉基自抛光型防污涂料。采用丙烯酸铜、丙烯酸锌、丙烯酸硅烷酯等水解型丙烯酸酯树脂为基料，添加铜粉、铜合金粉、颜填料及相关助剂配制而成。铜粉基自抛光型防污涂料通过树脂的水解作用实现涂层自抛光，由于铜粉及铜合金粉在海水中不会溶解，其始终在涂层最外表面，所以该防污涂层始终没有释出层存在，其防污性能不会受树脂水解性能的影响。

因此，本发明的铜粉基自抛光型防污涂料在使用过程中，涂层表面始终保持较密集的铜粉及铜合金粉，铜粉及铜合金粉在海水中通过电化学作用，缓慢释放出Cu 和Cu² ，可确保防污的有效性，防污期效可达3-5年。

本发明的铜粉基自抛光型防污涂料作用原理见图1。

技术实现要素：

本发明通过以下技术方案实现。

具体来说，本发明提供了一种含铜及铜合金粉的铜粉基自抛光型防污涂料。

本发明提供的铜粉基自抛光型防污涂料，主要成分包括水解型丙烯酸酯树脂、铜粉、铜合金粉、颜填料及助剂等，主要组成如表1所示。

表1铜粉基自抛光型防污涂料组成。

本发明所述水解型丙烯酸酯树脂为丙烯酸铜酯树脂、丙烯酸锌酯树脂、丙烯酸硅烷酯树脂等的一种或几种混合物，可为溶剂型树脂或水性树脂。

本发明所述铜粉的粒径为50～500μm，可粒径分布范围为100μm。

本发明所述铜合金粉的粒径为50～500μm，可粒径分布范围为100μm。

本发明所述颜填料为铁红、铁黑、滑石粉、碳酸钙粉、钛白粉等一种或几种混合。

本发明所述稀释剂，水解型丙烯酸酯树脂为溶剂型树脂时，包括二甲苯、正丁醇、醋酸丁酯等；水解型丙烯酸酯树脂为水性树脂时，稀释剂为水。

本发明所述助剂包括触变剂、分散剂、消泡剂、防沉剂等。

本发明的制备工艺包括如下步骤：（1）将2～5重量份稀释剂放置分散罐中，低速搅拌条件下依次加入0.5份消泡剂和0.5份防沉剂，搅拌10分钟，再依次加入10～20重量份颜填料、30～40重量份水解型丙烯酸酯树脂、20～40重量份铜粉、20～40重量份铜合金粉，搅拌时间为30～180分钟；（2）上述物料混合均匀后，加入分散剂，控制搅拌速度800rpm，搅拌时间为30分钟；（3）最后加0.5份触变剂，在转速800rpm的条件下高速分散30分钟；（4）恢复至室温静置30分钟，过滤后即可出料包装。

本发明的一种含铜及铜合金粉的铜粉基自抛光型防污涂料，主要应用于船舶、码头、桥墩及海上平台等水线以下部位，涂层附着力2MPa左右，涂层通过树脂的水解作用不断更新表面，涂层表面始终布满铜粉及铜合金粉，无释出层存在，在海水中会缓慢释放出Cu 和Cu² ，可确保防污的有效性，且其防污性能不会受树脂水解性能的影响，具有3-5的防污期效。

图1为铜粉基自抛光型防污涂料作用示意图。

图2为铜粉基自抛光型防污涂料浅海挂板试验（厦门，3年），从浅海挂板试验结果可知，本发明所述铜粉基自抛光型防污涂料经厦门海域3年的实海挂板试验，涂层表面完好，无任何污损生物，防污评分100分。

本发明所述铜粉基自抛光型防污涂料组成如表2所示。

表2铜粉基自抛光型防污涂料的组成。

涂料制备过程：将稀释剂放置分散罐中，低速搅拌条件下依次加入消泡剂、防沉剂和颜填料、水解型丙烯酸酯树脂、铜粉、铜合金粉，混合均匀，搅拌时间约为30～180分钟；混合均匀后，将分散剂加入到上述混合物中，控制搅拌速度800rpm，搅拌时间为30分钟；最后加入触变剂，在转速800rpm的条件下高速分散30分钟；恢复至室温静置30分钟，过滤即可出料包装。

技术特征：

1.本发明提供的一种含铜及铜合金粉的铜粉基自抛光型防污涂料通过树脂的水解作用实现涂层自抛光，铜粉及铜合金粉在海水中不会溶解，始终在涂层最外表面，铜粉和铜合金粉在海水中通过电化学作用缓慢释放出Cu 和Cu² ，可确保防污的有效性，且其防污性能不会受树脂水解性能的影响。

2.本发明提供的一种含铜及铜合金粉的铜粉基自抛光型防污涂料采用水解型丙烯酸酯树脂为基料，添加铜粉、铜合金粉、颜填料及相关助剂配制而成，主要组成如下：

水解型丙烯酸酯树脂 10～30份；

铜粉 20～40份；

铜合金粉 20～40份；

颜填料 10～20份；

稀释剂 2～5份；

助剂 1～2份。

3.根据权利要求1和权利要求2所述一种铜粉基自抛光型防污涂料，其特征是：最佳配置方法是先将稀释剂放置分散罐中，低速搅拌条件下依次加入消泡剂和防沉剂，搅拌10分钟，再依次加入颜填料、水解型丙烯酸酯树脂、铜粉、铜合金粉，搅拌时间为30～180分钟；上述物料混合均匀后，加入分散剂，控制搅拌速度800rpm，搅拌时间为30分钟；最后加触变剂，在转速800rpm的条件下高速分散30分钟；恢复至室温静置30分钟，过滤后即可出料包装。

4.根据权利要求1和权利要求2所述一种铜粉基自抛光型防污涂料，其特征是：所述水解型丙烯酸酯树脂为丙烯酸铜酯树脂、丙烯酸锌酯树脂、丙烯酸硅烷酯树脂等的一种或几种混合物，可为溶剂型树脂或水性树脂。

5.根据权利要求1和权利要求2所述一种铜粉基自抛光型防污涂料，其特征是：所述铜粉的粒径为50～500μm，可粒径分布范围为100μm。

6.根据权利要求1和权利要求2所述一种铜粉基自抛光型防污涂料，其特征是：所述铜合金粉的粒径为50～500μm，可粒径分布范围为100μm。

7.根据权利要求1和权利要求2所述一种铜粉基自抛光型防污涂料，其特征是：所述颜填料为铁红、铁黑、滑石粉、碳酸钙粉、钛白粉等一种或几种混合。

8.根据权利要求1和权利要求2所述一种铜粉基自抛光型防污涂料，其特征是：所述稀释剂，水解型丙烯酸酯树脂为溶剂型树脂时，包括二甲苯、正丁醇、醋酸丁酯等；水解型丙烯酸酯树脂为水性树脂时，稀释剂为水。

9.根据权利要求1和权利要求2所述一种铜粉基自抛光型防污涂料，其特征是：所述助剂包括触变剂、分散剂、消泡剂、防沉剂等。

技术总结
本发明所述一种含铜及铜合金粉的铜粉基自抛光型防污涂料采用水解型丙烯酸酯树脂为主成膜物，添加铜粉和铜合金粉为主要防污活性物质释放源头，再辅助添加铁红、钛白粉、滑石粉、成膜助剂及相关助剂配制而成。该铜粉基自抛光型防污涂料主要应用于船舶、码头、桥墩及海上平台等水线以下部位，涂层附着力2MPa作用，涂层在树脂的水解作用下不断更新，表面始终布满铜粉及铜合金粉，在海水中会缓慢释放出Cu 和Cu2 ，可确保防污的有效性，且其防污性能不会受树脂水解性能的影响，具有3‑5年的防污期效。

技术研发人员：王邦建;王炳程;
受保护的技术使用者：中环海化（厦门）船舶智能涂料有限公司;
技术研发日：2020.03.30
技术公布日：2021.10.01