船底防污漆的配方设计原理

船底防污漆的配方设计原理
防污漆是用于船舶底部和海水中设施的一种特种涂料,其主要作用是通过漆膜中防污剂的逐步渗出,以达到防止海生物污损之目的。因为污损物的危害是惊人的,如果船底污损,会使船舶航行的摩擦力和质量增大,从而增加动力消耗,如表所示。
船底污损与摩擦阻力的关系:
污损率/%
5
5-12
12-50
50-100
浪费燃料/%
10
20
30
40
防止海生物污损的方法有涂装防污、电解海水防污、超声波防污等方法。近年来研究的还有生物酶防污、低表面自由能防污等方法。但到目前为止,无论从经济上还是从效果上,防污漆防污仍被认为是唯一可广泛应用的方法。
防污漆的设计,有特殊要求在船舶使用期间能杜绝海生物附着船底;漆膜中的防污剂,能以一定的渗出速度逐步向外渗出,使之在船底与海水间形成有效的毒液“薄层”;漆膜有透水性,以保证毒料连续渗出;漆膜与防锈漆有良好的附着力和相容性,能耐海水冲击,长期浸水不起泡、不脱落;贮存稳定性佳,在贮存期间防污性能不下降。一般贮存期为1年。
船底防污漆选用的基料,要既能保证它的防水性又要考虑它在海水中的溶解性。在设计配方时往往采用2种或2种以上的混合基料作为防污漆的基料。目前广泛使用的基料为松香。船底防污漆之所以能向海水逐步释出毒料,主要是依靠松香中的松香酸与海水的作用,海水具有碱性,能使松香逐步皂化溶解,使漆膜不断暴露出新生面,便于毒料逐步渗出。但其漆膜较脆,必须加入树脂或增塑剂如沥青、氯化橡胶、氯醋共聚体、丙烯酸树脂、磷酸三甲酚酯、邻苯二甲酸二辛酯等。
背板制作有时也可选用非溶解性的基料,但在这种基料中应加入较多量的毒料,以保持适当的毒料渗出率。例如,用环氧酯作防污漆的基料,可配制长效防污漆。环氧酯有较好的附着力和一定程度的耐水性,但其分子中含有酯基,在微碱性的海水中能慢慢地水解,使漆膜呈现疏松表面,有利于铜离子渗出。其他可作防污漆的树脂基料还有丙烯酸树脂、聚氨酯树脂等。
防污漆中的防污剂即毒料,分无机和有机:无机防污剂有铜粉、氧化亚铜、无水硫酸铜及其他铜化合物;有机防污剂有有机硫(福美锌、二硫化四甲基秋兰姆锌)、有机锡、有机铅(三丁基醋酸铅)、有机砷(或铋)及DDT等。其中氧化亚铜是防污漆中最常用的毒料。
它对海生物的毒性作用是以铜离子形式从漆膜向海水中扩散,当铜离子渗出达到一定浓度时,可防止海生物污损。氧化亚铜在海水中渗毒率为250μg/(cm2·d),是临界渗毒率的10-15倍,显然会造成铜离子大量流失,不能达到长期防污目的,为此必须利用基料,添加剂,增塑剂和体质颜料等与氧化亚铜一起组成一定类型的漆膜,以控制和调节氧化亚铜的渗毒速率。
采用有机锡化合物用作防污剂,渗毒率只需氧化亚铜的1/10即有效,与氧化亚铜合用,效果较明显并可以制得扩散型防污漆。有机锡防污剂大致可分为三芳基锡和三烷基锡:三芳基锡有三苯基醋酸锡、三苯基氢氧化锡、三苯基氯化锡和三苯基氟化锡等。三烷基锡有双三丁基氧化锡、三丁基氟化锡等。有机锡价格比氧化亚酮贵,对人体有一定的毒性,在常温下有刺激性气体挥发。在国外防污漆配方中,规定用量不得超过20%。
在三烷基锡化合物中引入丙烯酸基团,制成高分子有机锡聚合物,可以大大降低有机锡挥
发性,并制备自抛光防污漆。
但有机锡聚合物的毒性对海洋中非目标海生物如荔枝螺、牡蛎、蚶、贻贝等带来了意想不到的伤害,影响到它们的发育,繁殖和生存。因此,进入80年代以来,世界各国都重视发展不含有机锡的新型的自抛光防污漆,称为无锡自抛光防污漆。它以可水解的具有一定亲水性的丙烯酸酯聚合物为基料,以氧化亚铜为主要毒料,其防污寿命可达3年甚至更长。
防污漆的效用受毒料组分和数量的影响。例如在防污漆配方中,必须有相当量的氧化亚铜,才能维持在较长时间内防污漆膜有效。但是,氧化亚铜对防除藤壶、牡蛎等贝类动物附着有很好的效能,而对防除植物附着的效果较差。有机锡毒料对防止海藻等植物附着特别有效,但对贝类效果较差。二硫化四甲基秋兰姆对防除贝类附着有较好的效果。DDT对防除藤壶等贝类动物附着有特效作用,它常作为辅助毒料与氧化亚铜等配合,它能抑制铜离子渗出。在配方中加入适量的DDT,能起到改善漆膜龟裂和降低铜离子渗出率的作用。无水硫酸铜对调节防污漆毒料渗出起一定作用,它既能作防止海生物附着的辅助毒料,又可调节防污漆的毒料渗出率,尤其是对增加防污漆初期渗出率有较大作用,使防污漆在下水后立即有防除海生物附着效果。
在含铜皂的防污漆中,尽管氧化亚铜含量较低,也能达到很好的防污效果。试验表明,防污漆中含有亚油酸铜时,具有增大渗铜率的作用。
防污漆中的毒料是不可缺少的,但必须按规定选择毒料品种和用量,不能采用对人体有害和对环境污染严重的毒料。
为允许使用的主要毒料
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名称
分子式
三苯基氢氧化锡
(C6H5)3SnOH
三苯基氯化锡
(C6H5)3SnCl
三苯基醋酸锡
(C6H5)3SnOCOCH3
二硫化四甲基秋兰姆
(CH3)2NSCS-SCSN(CH3)2
二硫化四甲基秋兰锌
[(CH3)2NSCS]2Zn
氧化亚铜
Cu2O
钠硫电池
确定毒料和辅助毒料品种后,应注意调整它们的比例。如采用氧化亚铜和作毒料时(在沥青系船底防污漆中),氧化亚铜与的比例为6:1左右时,增毒效果较好。
综上述,选择毒料原则如下:
①毒料及辅助毒料对海洋生物附着应有特效的防除功能;
硅料回收②毒料及辅助毒料对环境污染小,对人体健康应无损害;
线圈电磁铁③毒料的品种、用量及其与辅助毒料的配比,必须进行精细、合理的选择;
④应适当地控料渗出率,以提高防污漆的防污期效;
⑤在防污漆的配制中,基料与毒料的配制比是关键。
船底防污漆中必须加入颜料,颜料可分为有毒颜料和无毒颜料。氧化锌是最常用的有毒颜料,它具有刺激铜离子的渗出作用。但氧化锌用量过多会引起漆膜粉化。实践证明,在溶解型防污漆中,若氧化锌的用量占漆膜固体分为25%以上时,防污漆才具有较好的防污性能。其他常用的颜料有铁红、滑石粉等。铁红可提高漆膜物理性能,但它对漆膜内铜离子
渗出率往往有抑制作用,故其用量必须综合平衡。滑石粉对于改善沉淀性有一定作用。
在防污漆中,颜料体积浓度与毒料的渗出率有很大关系。颜料体积含量增加,渗出率上升;不同的颜料对渗铜率影响差别也很大。例如颜料体积浓度为40%时,含氧化锌的防污漆膜,渗铜率曲线保持在临界渗出率以上,而含氧化铁红的防污漆膜渗铜曲线却在临界渗出率以下。在设计配方时,将可溶性物质的总体积浓度控制在70%-75%较好。
另外,还要注意防污漆的颜,已经证明,在旺季里灰的要比绿的防污漆防污期效多2个月。此外,要严格控制颜基比,对于铝壳防污漆,颜基比在30:50或50:30的范围内波动。
在防污漆中,溶剂主要采用200#煤焦溶剂。也可用二甲苯、甲基异丁基酮,乙二醇单乙醚,丁醇和甲苯等或它们的混合溶剂。
防污漆按其渗出机理,主要分为溶解型、接触型、扩散型和自抛光型4类。

本文发布于:2024-09-21 20:46:59,感谢您对本站的认可!

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标签:防污   毒料   漆膜   渗出   氧化亚铜
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