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基于环氧甲萘醌的乳液型防污涂料的研究

曲园园  
【摘要】:本文针对现有舰船防污涂料的VOC排放和有毒防污剂渗出对大气及海洋环境的污染问题,设计合成了一类新型的有机硅改性丙烯酸酯自乳化乳液,应用于防污涂料的成膜物,并对新型防污剂环氧甲萘醌(ME)在防污涂料中的应用进行了研究,得到一种新型的零VOC排放的乳液型舰船防污涂料。 为了克服传统的由非反应型乳化剂制备的乳液漆膜耐水性差的缺点,本文采用反应型乳化剂烯丙基丙基磺基琥珀酸双酯钠盐(M-10S)和烯丙基辛基酚聚氧乙烯醚(AE-200)制备了新型有机硅改性丙烯酸酯自乳化乳液。采用红外光谱、差热分析、透射电镜和纳米粒度仪分别对有机硅改性丙烯酸酯的结构、玻璃化转变温度、乳液粒子形貌及大小进行分析表征。当甲基丙烯酸甲酯(MMA)的添加量为13.0wt%(物料总量)、丙烯酸丁酯(BA)添加量为13.0wt%(物料总量)、乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)添加量为5.0wt%(物料总量)、质量比为1:1的M-10S和AE-200复合乳化剂添加量为0.7wt%(物料总量)、引发剂过硫酸铵(APS)添加量为0.3wt%(物料总量)、反应温度为80℃、反应时间为3h时,所制备的有机硅改性丙烯酸酯自乳化乳液最小数均粒径达到62.4nm。乳液漆膜性能优异,可以满足防污涂料成膜物使用要求。 论文对维生素K3系列产品的防污效果进行了研究,确定了采用无毒、价廉的环氧甲萘醌(ME)作为主防污剂,并对与其匹配的防污助剂进行了研究。同时,为了使防污涂料中主防污剂ME释放可控,采用聚丙烯酸酯为囊壁对防污剂环氧甲萘醌(ME)进行微胶囊包覆,从而控制ME的释放速率,延长涂料使用寿命。研究了囊壁材最优组成、制备工艺对微胶囊平均粒径的影响;采用透射电镜(TEM)对微胶囊形貌进行表征。结果表明,所有的ME都被微胶囊化,ME微胶囊囊壁材最优组成为MMAwt%:BAwt%:AA(丙烯酸)wt%=26:45:29;采用分步加料法和复合乳化剂体系(OP-10wt%:SDS wt%=1:1)制备的微胶囊平均粒径为338.4nm。当囊芯材和囊壁材的质量比1:7时,涂料中ME渗出最平稳。 论文以制备的新型有机硅改性丙烯酸酯自乳化乳液作为成膜物,以微胶囊化的环氧甲萘醌(ME)为主防污剂制备了新型水性防污涂料,对涂料漆膜的机械性能和防污性能进行了详细研究。结果表明,漆膜附着力为1级,抗冲击超过50cm·kg;当囊芯材和囊壁材的质量比为1:7的ME微胶囊的添加量为36.6wt%、吡啶硫酮锌的添加量为0.5wt%、纳米ZnO的添加量为2.0wt%、纳米TiO2的添加量为0.5wt%时,涂料的防污效果最佳。涂膜防污期可达3-4年。该涂料以水为分散介质,使用无毒高效的防污剂,达到无毒和零VOC排放的效果。 另外,本文针对网箱养殖用防污涂料使用期短,及网绳的特殊柔韧性,设计合成了一类新型养殖网箱用防污涂料。该涂料以松香为成膜物,VOC豁免溶剂丙酮为溶剂,通过添加环保型防污剂ME和壬酸香草酰胺(PAV)以及增塑剂,制备了海水养殖用网箱防污涂料,讨论了增塑剂的选择和防污剂ME和PAV用量对漆膜防污效果的影响,检测了漆膜的急性毒性。防污效果海上对比实验结果表明,以邻苯二甲酸二辛酯和氯化石蜡复合物为增塑剂(邻苯二甲酸二辛酯:氯化石蜡=1:1)、PAV用量5.0wt%(物料总量)、ME用量2.5wt%(物料总量)时,3个月后海上挂样网片基本无增重,防污期可达10个月以上。急性毒性检测结果表明,制备的网箱防污涂料实际无毒。


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