低表面能涂料简介.
低表面能防污涂料的进展
综 述
文章编号:100321545(2001)0120033203低表面能防污涂料的进展
郑群锁(洛阳船舶材料研究所 洛阳471039)
摘 要 介绍了低表面能防污涂料的作用机理、特点及发展现状,重点介绍了有机硅系列和氟化物系列低表
面能防污涂料的研制和应用情况。
关键词 低表面能 防污涂料 氟化物 有机硅
中图分类号:U672.7+ 文献标识码:A
Progress in Low Surface Energy Antifouling Coatings
Zheng Q unsuo(Luoyang Ship Material Research Institute,Luoyang471039,China)
Abstract This paper reviewed the function mechanism,characteristics and development of low surface energy an2 tifouling coatings,and focused on the development and application of low surface energy antifouling coatings of organosilicon system and fluoride system.
K eyw ords Low surface energy Antifouling coatings Organosilicon Fluoride
海生物附着不仅会使船舶的航速下降、燃油消耗量增加,而且还会使船舶及水下设施的腐蚀破坏加剧、使用寿命显著缩短。在这些结构物表面涂刷防污涂料是解决上述问题的重要途径。传统的防污涂料是利用涂料中释放出的铜、锡、汞、铅等毒料来杀死海生物的,这虽然能减少或消除海生物的污损,但有害物质的释放给生态环境和人类健康也造成了严重危害,这个问题已受到世界各国的高度重视,许多国家都相继制定了限制或禁止使用毒性防污涂料的法规或条例。因此,开发研制对环境无污染的新型无毒防污涂料以取代传统的毒性防污涂料就显得十分迫切。目前,新型无毒防污涂料的开发研制主要采取以下几种途径[1]:(1)改变涂层表面的物理化学性能;(2)采用生物化学方法;(3)利用涂层的自抛光机理;
有机氟低表面能涂料的研究进展
１ 引 言
低 表 面能涂 层是指 与基 体接触 时具有 临 界表 面
张力 为 ２ ５—３ ／ 接 触 角大 于 ９ 。 的涂 层 ， ０ｍＮ ｍ（ ８） 是
原子不在同一平面内 ， 而是沿碳链作螺旋分布 ， 在全
氟碳链 中 ， 两个 氟 原 子 的 范 德 华 半 径 之 和 为 Ｏ ２ ．７ ｎ＇基本 上将 Ｃ—Ｃ— ｎ， ｌ Ｃ键 包 围填充 。这 种几 乎 无空
有机氟聚合物是 ２ 世纪 ３ ０ Ｏ年代首先在美 国为 了军事工业的需 求而发展起来 的。１３ ９８年美 国杜
２ 有机氟树脂涂料 的研究现状及进展
２ １ 有机 氟树 脂 的结构特 点 ．
邦开发出聚四氟乙烯（ Ｅ ， ） 由此诞生了不粘性涂 料和作为润滑添加剂 的新市场、 新应用领域。１６ ９５
近年来 快速 发展 的一 类 表 面工 程 涂 层 体 系 ， 常 由 通
隙的空间屏障使任何原子或基 团都不能进入而破坏 Ｃ— Ｃ键 。因此 ， 氟树 脂具有 优异 的化 学惰 性 和疏 含
水性 能。 ２ ２有机 氟树 脂涂料 的发 展史 ．
氟碳树脂、 有机硅树脂、 四氟乙烯粉末 、 聚 特种改性 材料等构成。 目前低表面能涂层的应用对象不断扩 展， 在海洋工程、 国防军工、 减阻降噪及抗空气污染 、 冰雪运 动等方 面发 挥着重 要 的作用 。有 机 氟材 料 因 具有优异 的耐候 性、 耐久性、 耐化学品性和防腐蚀、 耐磨 性 、 绝缘性 、 沾污性 及耐 污染性 等 性 能而被 广 耐
低表面能涂料及其应用技术
利用压差流阻测试装置，研究了各类管道内壁涂层如环氧涂层、环氧沥青涂层、丙烯酸涂 层、低表面能涂层的减阻效果，结果显示，低表面能涂层具有明显的减阻效果，相对于环氧沥 青涂层减阻率提高２１．７ｚ％。 ３．１流阻测试装置
一４９—
图９流阻测试装置工作原理示意图
卜过滤阀：２－吸水泵：３－节流阀；４一进１３稳流管；５一进口联接件：６～测试管路；７一计算机：８一压力传感器； ９一短管；１０一出口联接件；１卜出１：３稳流管；１２一节流阀：１３一水箱 ３．２减阻率的定义
－●ｔｂｔ●Ｖ）
图２未加八．ｃＲ基团的漆膜／空气界面ＸＰＳ图
一４６一
Ｅ㈨ 自ｔｔ
图３加入一ＣＦ３基团后漆膜／空气界面的ＸＰＳ图
结Ｂ■ｎ‘·”
●
图４未加入－ｃＲ基团的漆膜与铁基体的ＸＰＳ图
图５加入一ＣＲ基团后漆膜与铁基体的ＸＰＳ图
表１低表面能涂层中不同界面处Ｆ、０、Ｃ含量
测量位置
含氟低表面能聚合物 ptfe
含氟低表面能聚合物 ptfe
聚四氟乙烯（PTFE）是一种含氟低表面能聚合物，具有许多独
特的性质和应用。首先，PTFE具有出色的耐化学腐蚀性能，能够耐
受许多强酸、强碱和有机溶剂的侵蚀，因此被广泛用于化工设备和
管道的涂层。其次，PTFE具有极低的表面张力，使其成为一种优秀
的防粘涂料。例如，烹饪用具中常使用PTFE涂层以防止食物粘连。
此外，PTFE还具有优异的耐热性能，能够在极端温度下保持稳定，
因此被用于制造高温密封材料和润滑脂。此外，PTFE还具有良好的
电绝缘性能和耐老化性能，因此在电气和电子领域也有广泛的应用。总的来说，PTFE作为一种含氟低表面能聚合物，具有多种优异的性能，使其在工业和日常生活中有着广泛的应用前景。
中科院兰州化物所科技成果——低表面能涂层
中科院兰州化物所科技成果——低表面能涂层
成果简介由于碳-氟键键能高，化学稳定性好，因此氟碳树脂多用于苛刻环境中，如高温环境，高酸碱盐度环境等，但大多数氟碳树脂为固体粉末，难溶难融，与多数常用树脂（丙烯酸，环氧，聚氨酯）配伍性差。因此，我们通过分子设计制备含氟单体，通过自由基聚合制备一系列氟碳树脂，且氟含量可调，且易溶于多数有机溶剂，可与常用树脂任意互配。由于树脂链中富含氟烷基链，其固化后表面能低，纯树脂表面水接触角大于110°，滑动角小于20°，而复合一定量的无机填料，接触角可达到150°以上，滑动角小于5°。目前该产品已在工厂中试放大，生产工艺成熟，产品质量稳定。
技术指标氟含量可调；低表面能，疏水，树脂表面水接触角大于110°，滑动角小于20°；疏油，表面不沾油；耐沾污，油性笔书写困难；机械性能优异；室温固化，施工工艺简单。
应用领域涂装最外层防护涂层
成熟程度小批量生产
合作方式技术开发
低表面处理涂料的应用与发展
改 性 环 氧 树 脂 涂 料 是 低 表 面 处 理 涂 料 中性 能较
好 ， 场上 广 泛 使 用 的 品种 ，占低 表 面处 理 涂料 总量 市
的 ９ ％（ １ ５ 表 ｏ
（ ２） 只 需 去 掉 松 动 的锈 斑 ， 可 以涂 覆 在 微 锈 就
［ 稿 日期 】 ０ ｌ０ — ０ 收 ２ １ ＿ ２ １ Ｄｅ ｅｏ ｖ ｌ ｐｍ ｅ ａ ｕ ｆＤ ｏ ｅ ｔｃ Ｈ ｕｌ Ｐａ ｎｔ ｎｔＳｔ ｔ ｓｏ ｍ ｓ ｉ ｌ ｉ
Ｔｃ ｎ ｌｇ ， ６ ０ １ Ｃ ｉａ） ｅｈ ｏｏ ｙ ２ ６ ４ ， ｈｎ
Ａ ｂｓ ｒ ｃ ｔ ａ ｔ： Ｔｈ ｏ ｅ ｔｃ ｈｕ ｌｐ ｎ ｓ ｃ ａ ｓ ｅ ｓ ｆｌ ｆ ｒ ｉ ｇ ｒ ｉ ｙ ｓ ｅ ｄ ｍ ｓ ｉ ｌ ａｉ ｔｗａ ｌ ｓ ｆ ｄ ａ ｉｍ ｏ ｍ ｎ ｅｓｎ ｔ ｐｅ ．Ｔｈｅ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｎ ｖ ｌｐｍ ｅ ｔ ｉ ｈａ ａ ｔ ｒｓｉ ｓ ａ ｄ ｄｅ ｅｏ ｎ ｓａ ｕ ｆｖ ｒｏ ｓｔ ｐ ｓｈ ｌ ａ ｎｔ ｒ ｅ ｉｗｅ Ｔｈ ｅ ｅｏ ｔ ｔ ｓｏ ａ ｉ ｕ ｙ ｅ ｕ ｌｐ ｉ ｗｅ ｅ ｒ ｖ ｅ ｄ． ｅ ｄ ｖ ｌ ｐｍｅ ｔｔｅ ｆｈｕ ｌｐ ｉ ｔｗａ ｏ ｅ ａ ｔ ｄ ｎ ｒ ｎｄ ｏ ｌ ａ ｎ ｓｆ ｒ ｃ ｓｅ ．
源 … …这 就 需要 一种 能 在低 处 理表 面上 直 接进 行涂 装
新型低表面处理要求涂料
2
3.3 带锈涂装组分
带锈涂料主要有稳定型、渗透型、转化型三大类型，主要依赖络合剂、渗透剂、转化剂
和缓蚀剂将锈蚀渗透、转化、包裹达到可带锈涂装的目的，由于使用较成功的都是综合型的， 所以本研究中，将能对锈蚀起作用的组分分类后，采用 L9（34）正交设计试验法，同时进行
试验考核。 ⑴锈蚀稳定剂：如多聚磷酸铝、锌铬黄等； ⑵锈蚀转化剂：如单宁酸、柠檬酸等； ⑶表面活性剂：如具有对锈渗透和对水乳化作用的脂肪醇聚氧乙烯基醚、聚氧亚乙基酚
5 主要技术指标
检测项目 颜色与外观 粘度 （涂-4，25℃），S 比重，g/cm3 细度，μm 干燥时间，h 冬季干燥时间，h 200g 活化期，h 附着力 1 （拉开法），Mpa 附着力 2 （划圈法），级 柔韧性，mm 冲击强度，cm 固体含量，% 理论用漆量， Kg/m2.80μ干膜 耐酸性（10%H2SO4） 耐碱性（10%NaOH） 耐柴油或汽油-水 耐盐水（3.5%Nacl） 盐雾试验 耐蒸馏水 配套性能
低表面能海洋船舶防污涂料配方
低表面能海洋船舶防污涂料配方
本品是一种具有优良防污性能、无毒无害含氟低表面能海洋船舶防污涂料。其基本组成如下：
组分用量/份
核壳型含氟丙烯酸醋乳液25
成膜助剂2～3
增稠剂15～0
防腐剂0.05～0.5
填料8～12
颜料15～25
流平剂 2.5～3
氨水（25%）1～2
分散剂 1.2～1.8
消泡剂2～4
润湿剂0.5～0.8
去离子水20
其中，核壳型含氟丙烯酸醋乳液基料分四步合成：
①将48～50份甲基丙烯酸丁酯和10～12份十二烷基磺酸钠乳化剂预乳
化30min，再加入40份浓度0.1%过硫酸钾的水溶液引发合成种子乳液。
②用8～10份十二烷基磺酸钠、30～40份甲基丙烯酸丁酯、10～19份苯
丙烯的油相及一份过硫酸钾水相分别加到40份种子乳液中，在75～80℃充分反应。
③将30～40份甲基丙烯酸丁酯、2～8份甲基丙烯酸全氟烷基和3～5份
交联剂，10～12份十二烷基磺酸钠与辛烷基酚聚氧乙烯醚为10:1的复合乳化剂混合，然后加入第②步的溶液中，同时补加一份过硫酸钾水相引发剂，在75～80℃充分反应。
④将以上2步所得物在室温下混合搅拌，的成品。
交联剂为三羟甲基丙烷三（3-乙烯亚胺基丙酸酯）（QL-1000Ga）或季戊四醇丙烷三（3-乙烯亚胺基丙酸酯）（QL-1000Gb）。
本防污涂料的制备方法为：
①将去离子水、分散剂、润湿剂、增稠剂、颜料、填料和氨水搅拌均
匀。
②在乳液基料中加入乙二醇震荡均匀。
③将①和②步所得二种物料混合，在依次加入防腐剂、消泡剂，并研
磨均匀，过滤的产品。
低表面能海洋船舶防污涂料配方实例
低表面处理环氧树脂漆 670HS
Interseal 670HS是一种溶剂含量低，体积固含量高的双组分厚浆型低表面处理环氧树脂漆，适用于构件的新建以及维修保养。本产品有含铝颜料的品种，以增强防腐蚀保护。可用于多种底材，包括人工处理的锈蚀钢材，喷射处理和喷水处理的钢材，以及多种完好无损的老化涂层。能够为大气中和水中的工业、沿海、纸浆厂与造纸厂、桥梁和海上设施，提供极佳的防腐蚀保护。多种颜色淡光，铝为蛋壳色82±3%（因颜色而异）干膜厚100-200微米（4-8密耳），相当于湿膜厚1 22-244微米（4.9-9.8密耳）在上述体积固体份和干膜厚125微米的条件下，6.56平方米/公升在上述体积固体份和干膜厚5密耳的条件下，263平方英尺/美制加仑考虑适当的损耗系数无气喷涂、空气喷涂、刷涂、滚涂用Interseal 670HS 推荐面漆 自重涂间隔 重涂间隔温度 表干 硬干 最小 最大● 最大+ 最小 最大● 最大+#10℃（50°F） 8小时 32小时 32小时 6星期 无限制* 20小时 21天 12星期15℃（59°F） 7小时 26小时 26小时 4星期 无限制* 14小时 14天 8星期25℃（77°F） 5小时 18小时 18小时 14天 无限制* 10小时 7天 4星期40℃（104°F） 2小时 6小时 6小时 7天 无限制* 4小时 3天 2星期▲固化温度较低时，可用其它固化剂，详情参见“产品特性”。●指可能发生浸水的情况。+仅限于大气中结构。*参见国际油漆公司工业防护漆部门的《定义与缩略语》#使用聚硅氧烷面漆时，最大重涂间隔将缩短，详情请咨询国际油漆公司工业防护漆部门。 基料（A组份） 固化剂（B组份） 混合后
低表面能化学
低表面能化学
低表面能化学指的是各种材料表面的性质，如疏水性和亲水性。
低表面能的材料表面通常是疏水的，不易让水分子附着，而高表面能
的材料表面则相反，具有亲水性。
低表面能的材料有很多种，比如聚合物、涂料和塑料等。这些材
料在工业和日常生活中有广泛的应用。比如在制造水瓶时，使用低表
面能的材料制成的瓶子表面是疏水的，可以有效地防止水分子在表面
附着，保持水瓶的干燥和洁净。
除了用于制造物品，低表面能化学还有很多其他的应用。比如在
医疗领域，低表面能材料可以作为人工心脏瓣膜的材料，因为它能有
效地防止血液凝结在瓣膜表面上。又比如在生物学领域，低表面能材
料可以作为细胞培养器的材料，细胞与器材接触的表面就不会粘上来，可以避免污染和伤害细胞。
总体来说，低表面能化学是一项非常重要的技术。它不仅有很多
实际应用价值，还能为我们带来更多的创新和想象空间。在今后的发
展中，低表面能化学将有更广泛的应用领域和更深入的研究。
低表面能树脂
低表面能树脂
低表面能树脂是一种特殊的树脂材料，其表面能极低，具有突出的拒水拒油性。这种树脂材料常用于防粘贴、防涂鸦等领域，以及海洋船舶、桥梁、海上设施的防污涂料、渔具等相关器材的防污涂层和电子电器、显示屏等高疏水性涂料的制造。
低表面能树脂的外观通常是乳白色均匀液体，固含量≥50%，粘度(25℃)≤100mpa.s，固化时间/室温≤12小时(表干)，接触角≥100°，附着力3级以上。这种树脂具有短固化时间、成膜效果好、粘结力强等特点，是一种具有良好低表面性能的新型树脂。
低表面能涂料简介
低表面能涂料是依靠涂料表面的物理作用来达到防污效果。海生物通过分泌黏液润湿船舶表面进行吸附,若使用低表面能涂层,会降低污损生物与涂层之间的表面润湿性,从而增加附着的难度。
低表面能涂料的应用
低表面能涂料防污机理
船舶防污、减阻
低表面能涂料的应用
船舶防污、减阻
CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
我国南海地处热带,海水常年温度较高,特别适合海洋生物的快速繁殖和生长。任何船舶只要航行到南海,船底都会符着大量的海洋生物。海洋生物的附着增大了船体表面的粗糙度,增加了船舶在水中航行的阻力。经测定,当航速为2-9节时,船体上附着的海洋生物会使航行阻力增加3倍。海洋生物附着在螺旋桨上,使螺旋桨的有效输出功率减小为原来的80%,带有导流器的螺旋桨更易受到它的影响。因此有效防控海洋生物在船底部附着有着非常重要的现实意义。
CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
CSS-Fe超疏水铁基涂料是一种高含氟树脂涂料,其氟化基团大,能确保覆盖住极性基团及偶极子。涂料交联密度高,取向的含氟端严格固定,且表面非常光滑,既能抵抗黏附分子的渗透,又可以抵抗黏附所诱导的分子重排。由于黏附分子渗透重排受到限制,涂层和黏附物之间的黏附不牢,形成分明的易剥离的界面。舰船航行速度较高,因此即使在舰船停泊时被海洋生物附着污染,一旦航行达到一定速度,就可剥离掉附着物。CSS-Fe超疏水铁基涂料是船底防污的自洁净涂料。
环保友好纳米二氧化钛低表面能船舶防污涂料
面状 态及其表 面能 进行 了观 察 和 测 量 ， 并对 所 合 成 的 防污涂料进行 了实海挂 板试验 。 由正 交 实验优 化 出的 最佳 涂 料 组 分 为 ： 喃 改 性 硅 丙 树 脂 ４ （ 量 分 呋 ９ 质 数） ｎ ｎ － ｉ １ （ 量 分 数 ） 硅 油 ６ （ 量 分 、 ａ ｏＴ ０２１ 质 和 质
摘 要 ： 为进一 步增 强 防污活性 ， 用 正 交 实验 法 合 采
成 了以纳米 二氧 化 钛 （ ａ ｏＴｉ ： 为 改 性 荆 的低 表 面 ｎ ｎ— Ｏ ）
能 海 洋 防 污 涂 料 ， 用 Ｓ Ｍ 和 接 触 角 检 测 仪 对 涂 膜 表 利 Ｅ
２ 实 验
２ １ 主 要 原 料 及 仪 器 ．
呋喃 改 性 硅 丙 树 脂 （ 制 ） ｎ ｎ － ｉ ２（ ５ 自 ， ａ ｏＴ ０ ２ ～
３ｎ ， 分子 有 机 硅 添 加 剂 （ 油 ） ５ｍ）小 硅 及其 它 颜 填料 均
为工业 级 ； ０ ５ ｍｍ×１ ０ ２ ｍｍ×０ ２ ． ｍｍ 的马 口铁 板 。
主要 仪器 ： Ｊ０４高 速分 散机 ， Ｚ 型 锥形磨 ， ＧＦ ． ＱＭ
９ ． ５， 相应 的表 面 能 为 ２ ． ３ ／ ； 实海 挂 板 ９ ４ 。其 １ ７ ｍＪ ｍ 由 试验 发现 ， 加入 的 ｎ ｎ － Ｏ ａ ｏＴｉ ２可 使 涂 料 的 污损 海 生 物 附着量 大大减 少， 防污效 果得 到 了明显提 高。 其
低表面能涂料配方部分物质的功能
（1）F200：是以三氟氯乙烯共聚物为主体的溶剂可溶型FEVE氟树脂，具有优异的耐候耐久性、耐腐蚀耐化学品性、高装饰性，良好的相容性、饱满性，极佳的耐盐雾性，特别适合于制作耐久耐候的建筑及烘烤涂料也可用于工业涂料。技术数据：
项目技术指标
外观无色或淡黄色透明液体，无机械杂质
细度，µm≤10
粘度（涂-4杯）S 53±5
固含量，% ≥53
氟含量，% ≥19
羟基含量，%（固体） 1.2~1.8
酸值 mgKOH/g 4~8
密度(20℃ g/ml) 1.10~1.20
产品特性：高装饰性、超耐候性、防腐蚀性、高光泽，良好的相容性、饱满性，极佳的耐盐雾性
应用领域：高性能双组份溶剂型氟碳漆（建筑涂料、烘烤漆）
（2）有机硅树脂：是高度交联的网状结构的聚有机硅氧烷，通常是用甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷的各种混合物，在有机溶剂如甲苯存在下，在较低温度下加水分解，得到酸性水解物。水解的初始产物是环状的、线型的和交联聚合物的混合物，通常还含有相当多的羟基。水解物经水洗除去酸，中性的初缩聚体于空气中热氧化或在催化剂存在下进一步缩聚，最后形成高度交联的立体网络结构。
成分结构：硅树脂的固化通常是通过硅醇缩合形成硅氧链节来实现的。当缩合反应在进行时，由于硅醇浓度逐渐减少，增加了空间位阻，流动性差，致使反应速率下降。因此,要使树脂完全固化,须经过加热和加入催化剂来加速反应进行。硅树脂最终加工制品的性能取决于所含有机基团的数量（即R与Si的比值）。一般有实用价值的硅树脂,其分子组成中R与Si的比值在1．2～1．6之间。一般规律是，R：Si的值愈小,所得到的硅树脂就愈能在较低温度下固化；R：Si的值愈大，所得到的硅树脂要使它固化就需要在200材250℃的高温下长时间烘烤，所得的漆膜硬度差，但热弹性要比前者好得多。此外，有机基团中甲基与苯基基团的比例对硅树脂性能也有很大的影响。有机基团中苯基含量越低，生成的漆膜越软，缩合越快，苯基含量越高，生成的漆膜越硬，越具有热塑性。苯基含量在20～60％之间，漆膜的抗弯曲性和耐热性最好。此外，引入苯基可以改进硅树脂与颜料的配伍性，也可改进硅树脂与其它有机硅树脂的配伍性以及硅树脂对各种基材的粘附力。
低表面能 标准
低表面能标准
低表面能标准是指在特定应用场景中，通过控制材料表面的能级、降低表面张力、减少粘附力等手段，实现材料表面性能的优化。低表面能标准在许多领域都有广泛的应用，如工业制造、生物医学、光学等。下面将从减少表面张力、降低粘附力、减少表面污垢、提高流动性、减少摩擦阻力、提高抗腐蚀性、改善生物学性能、提高光学性能等方面详细介绍低表面能标准的实际应用。
1.减少表面张力
低表面能材料的表面张力较低，可以减少液体对材料表面的润湿程度，从而降低液滴在材料表面的扩展速度。这种特性使得低表面能材料在制造过程中能够更好地控制液体的流动，提高制造精度和效率。
2.降低粘附力
低表面能材料可以降低物体之间的粘附力，使得物体表面不易附着其他物质，具有良好的抗污染性能。这种特性在制造过程中可以减少污染物在材料表面的附着，提高生产效率和产品质量。
3.减少表面污垢
低表面能材料可以减少表面污垢的附着，使得材料表面更加清洁。这种特性在许多领域都有广泛的应用，如工业制造、食品加工等。
4.提高流动性
低表面能材料可以改善液体的流动性，使得液体更容易地流过材料表面。这种特性在制造过程中可以提高生产效率，减少生产成本。
5.减少摩擦阻力
低表面能材料可以减少摩擦阻力，提高材料的耐磨性能。这种特性在许多领域都有广泛的应用，如机械制造、交通运输等。
6.提高抗腐蚀性
低表面能材料可以提高材料的抗腐蚀性能，使得材料在腐蚀环境中更加稳定。这种特性在许多领域都有广泛的应用，如化工、石油等。
7.改善生物学性能
低表面能材料可以改善生物学性能，如细胞生长、附着等。这种特性在生物医学领域有广泛的应用，如组织工程、药物载体等。
水性单组分低表面处理底漆的制备与性能分析
水性单组分低表面处理底漆的制备与性能分析
水性单组分低表面处理底漆的制备与性能分析
魏志龙，张乐显，魏浩然，刘改利
(洛阳双瑞防腐工程技术有限公司，河南洛阳471023)
0 前言
近年来，国内外大量海上钻油平台、电厂、已建桥梁及体育场馆设施等钢结构进入了维修期，需要对旧有涂层进行重新涂装。而在这些已建钢结构的基础上进行喷砂前处理的难度非常大，涉及环境保护、施工难度和工程维修造价等方面。低表面处理涂料(Surface-tolerant Coating)主要针对在不可能完全达到喷砂级Sa2.5(ISO 8501—1:1988)情况下，可以涂覆在手工或动力工具打磨到St2和St3级别的表面、旧涂层表面或高压水喷射除锈表面的涂料产品[3]。该类型涂料具有：良好的渗透性和基材附着力；在旧涂层上不会产生相容性问题；具有一定的缓蚀性能；优异的室外施工性等特点。
水性低表面处理防腐涂料具有环境友好、低VOC含量等优势，国内外相继推出多种双组分水性低表面处理涂料产品，如RF-GSO5系列水性防锈涂料和美国APP水性防锈底漆。但此类产品多选用弱碱性乳液树脂作为成膜物，在添加酸性锈转化剂或活性颜料时大多会发生破乳现象，对基材表面锈蚀的作用不充分，不能实现真正意义上的低表面处理涂装。
本研究选取酸性乳液树脂，并从颜填料体积浓度、助剂等方面考虑，筛选出性价比适宜的涂料配方体系，并对配方中各成分的含量对涂膜性能的影响进行了分析和讨论。研制出了一款水性低表面处理底漆，兼具底漆和面漆两种功能，可减少施工次数、降低施工成本，具有优异的防腐性能。
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主要内容
一、低表面能涂料分类
二、低表面能涂料的应用
三、CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
低表面能涂料分类
低表面能涂料也称不粘涂料，是近年来快速发展的 一类涂料体系，是采用低表面能涂料制备的涂层，与底材
的结合力良好，与纯水的接触角＞120℃。
低表面能涂料分类
θ：水和固体表面之间的接触角 当θ＜90℃时，水可以在固体表面铺展， 此固体表面称为亲水表面； 当θ＞90℃时，水在固体表面收缩，此 固体表面称为疏水表面；特别地，当θ=0℃ 时为完全润湿表面， θ=180℃时为完全疏水 表面。 θ＞150℃时，固体表面称为超疏水表面。
CSS-Fe超疏水铁基涂料是船底防污的自洁净涂料。
CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
此外，CSS-Fe涂层由于超疏水层在微观上具有较低的
表面能，与水的相互作用力弱，涂层表面的水介质与涂层
的相互结合不紧密，表面的水介质有从涂层壁面剥离的趋 势，使水体流经超疏水表面时产生壁面滑移，使得边界上 的速度梯度减小，从而减小边界上的剪切力，由于边界面 上的速度梯度减小，故摩擦阻力系数减小，推迟了层流附
低表面能涂料分类
低表面能涂料分类
含氟类低表面能涂料
不粘性能， 容易清洗； 表面张力小， 具有优异的 自润滑性能 和低摩擦性 能 憎水憎油性 能，不污染 设备内物料 等； 具有突出的 耐热性、耐 候性、介电 性、耐化学 品性等
防污涂料
低表面能减阻涂料
低表面能涂料分类
含氟类低表面能涂料
此类涂料主要是利用聚合物的高分子改性，将F原子
引入到聚合物链中，使其具有较低的表面能。主要原因有
： C:F 键键能比 C:H 键键能大，且 F 原子电子云对 C:C 键的
屏蔽比H原子强，此外，C:H键的电子云分布使得含C:H键 的物质能与油污发生作用，而 C:F 键中电子被紧紧束缚在 原子核周围，综合作用使得含氟化合物具低表面能。如氟 含量很高的聚四氟乙烯表面能约为20mN/m。
特点：不是不附 着，而是附着不牢固， 一旦大流速可自动除 去，即可称为：自洁 净涂层
低表面能涂料分类
低表面能减阻涂料
低表面能 减阻涂料
疏水减阻
涂层减阻
低表面能涂料分类
疏水减阻
用低表面能物质来实现疏水和减阻的是由于疏水涂层推 迟了平板表面流体层流边界层向湍流边界层的捩转。或疏水 表面的减阻归结于液-固界面间产生了滑移（滑移20μm），从 而实现减阻。
低表面能涂料分类
涂层减阻
涂层依靠改变壁面的表面性能，如疏水、疏油性，使 得物体壁面与液体介质间亲和性减弱，直接地减小流体在 壁面上的切变应力，增大层流附着面的厚度，使层流向湍 流过度的转捩点后移。主要从以下两方面考虑： 1、尽量使物体表面保持光滑，降低摩擦阻力。 2 、尽量使层流压保持在较长的范围内，因为对于摩 擦阻力来说，层流阻力系数总是比湍流小得多，为了让推 迟湍流的转捩，由层流转变为湍流的转捩雷诺数可达到 3×106，大大降低摩擦阻力。
着面流态的转变，使附着面层层流状态更稳。使流态转换
的临界雷诺数相应增大，大大降低摩擦阻力。可使舰艇在 剥离附着物后减阻，提高航行速度。
CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
哈尔滨工程大学的专家及国外的研究学者证实，“低表 面能超疏水涂层的减阻在接触角＞ 150 ℃时，可减阻 18%30%，当接触角＞174℃，流速较大时，减阻最高可达50%， 同时可减小水下自噪声10Bb”。可见CSS-Fe超疏水铁基涂层 在舰艇上的使用对进一步提高舰艇这个海上平台的快速反应
石油抽油 管防蜡
集输油田管 道减阻、船 舶减阻、螺 旋桨降噪
降低海底 生物与船 底涂层间 的表面润 湿性
低表面能涂料的应用
集输油田管道减阻
天然气管道内表面超疏水分 子膜及其防腐性能
油田管道表面经超疏水改性前后腐蚀液滴的浸润形貌对比图
低表面能涂料的应用
船舶防污、减阻
低表面能涂料是依靠涂料表面的物理作用来达到防污 效果。海生物通过分泌黏液润湿船舶表面进行吸附，若使 用低表面能涂层，会降低污损生物与涂层之间的表面润湿 性，从而增加附着的难度。
低表面能涂料分类
涂层减阻
如法国“海鳝”鱼雷外表面涂装具有低摩擦阻力的涂 层后，明显提高了鱼雷的航速；NASA开发出的微绉褶涂层
技术，除了可应用于飞行器或船舶表面，以降低能源损耗
外，此类技术并应用于运动竞赛方面，譬如泳帆船表面， 结果显示高分子涂层可减阻60%。
低表面能涂料的应用
憎水 减阻降噪 海洋生 物防污
能力与作战能力有着非常重要的意义。
CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
武汉理工大学为石油抽油管防蜡而研制出了一种防 腐、耐盐、耐磨的接触角＞ 160℃的低表面能超疏水涂层 ，此涂料在大庆油田试验井中已使用三年，产品性能可靠 ，目前已进入推广阶段。 同时，武汉金船科技有限公司与武汉理工大学就 CSS
大，能确保覆盖住极性基团及偶极子。涂料交联密度高，取向
的含氟端严格固定，且表面非常光滑，既能抵抗黏附分子的渗 透，又可以抵抗黏附所诱导的分子重排。由于黏附分子渗透重 排受到限制，涂层和黏附物之间的黏附不牢，形成分明的易剥 离的界面。舰船航行速度较高，因此即使在舰船停泊时被海洋
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生物附着污染，一旦航行达到一定速度，就可剥离掉附着物。
2-9节时，船体上附着的海洋生物会使航行阻力增加 3倍。海 洋生物附着在螺旋桨上，使螺旋桨的有效输出功率减小为原 来的80%，带有导流器的螺旋桨更易受到它的影响。因此有 效防控海洋生物在船底部附着有着非常重要的现实意义。
CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
CSS-Fe超疏水铁基涂料是一种高含氟树脂涂料，其氟化基团
低表面能涂料分类
低表面能防污涂料
船舶在航行过程中，由于海洋生物的附着，可使船舶 航速减慢，燃油增加，海水管道及养殖网具堵塞，水下设 施破坏等。 低表面能涂料由于其独特 的表面性能，污损物在其上附 着界面非常弱，利用自重、航 行中水流的冲击或辅助设备的 清理可以轻易除去，成为海洋 防污涂料的最有吸引力的选择。
低表面能涂料防污机理
低表面能涂料的应用
船舶防污、减阻
CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
我国南海地处热带，海水常年温度较高，特别适合海洋 生物的快速繁殖和生长。任何船舶只要航行到南海，船底都 会符着大量的海洋生物。海洋生物的附着增大了船体表面的
粗糙度，增加了船舶在水中航行的阻力。经测定，当航速为