低表面能涂料及其应用技术

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 CoatingsZheng 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。

低表面处理涂料钢结构涂层的维修系统，最好使用低表面处理涂料。

维修用低表面处理涂料，首先要与带锈涂料区别开来。

带锈涂料的主要作用是涂覆于残留锈蚀的钢铁表面，而本文介绍的低表面处理涂料，不仅可以带锈涂刷，还可以涂覆于其它种类的旧涂层上面。

由于这一类涂料的特殊性，如果对于文字有所曲解，就会带来不良后果。

比如以前的带锈涂料，很多人就以为对于锈蚀产物可以不加处理地用涂料涂刷，或者就是对于锈蚀的处理程度有着不同的认识。

低表面处理涂料，必须理解到底可以容忍的底材表面是处于什么状态，这是最为重要的。

比如说，底材表面可能覆盖有氧化皮、锈蚀、各种成分的旧涂层、水分、盐分或者油污等。

这类涂料还可能要求在施工中能够容忍高温、低温、相对湿度以及表面潮气等。

在使用低表面处理涂料前，对于这些因素都要作认真细致的考虑。

在实际的涂装施工中，有很多情况下不可能对钢材进行完全彻底的喷砂处理，除了钢结构本身的特别情况外，还有日益严格的环保法规和卫生安全条例等。

比如桥梁的维修涂装，如果进行喷砂就会影响公众环境，污染水源等。

低表面处理涂料的使用，主要针对在不可能完全达到喷砂级别Sa2.5，又要达到高级别的防腐蚀保护要求的情况下。

另外一个要求就是低表面处理涂料要能够涂覆在不同种类的旧涂层上面而不会产生相容性问题。

因此，在这种情况下的讨论，低表面处理涂料只要是指那些可以涂覆在手工或动力工具打磨的表面（St2/St3），旧涂层表面和高压喷射除锈表面的涂料产品。

由于低表面处理涂料主要是应用于涂装维修方面，所以这类涂料产品还必须比其它类的涂料产品更能适应多种气候和施工环境。

那些标准的车间内施工要求并不适合于低表面处理涂料。

高湿度、低温、风力、灰尘以及底材和涂层上的露水微凝等，都可能是钢结构现场施工时会遇到的问题。

高压水喷射除锈在涂装维修时已经越来越多地受到了关注，因为它不会像喷砂那样产生大量灰尘而引起环保问题，也无须搭建严格的围护结构。

在船舶维修方面，高压水喷射除锈有着很多的应用，并且取得了极大的成功。

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。

低表面能有机硅及其改性防污涂料的研究进展2014-07-14涂料工业摘要：概述了低表面能防污涂料的发展现状，有机硅低表面能防污涂料的影响因素及其防污机理、低表面能防污涂料的分类、有机硅改性低表面能防污涂料的研究状况。

重点介绍了有机硅低表面能微结构构筑技术，提出了表面微结构构筑正在成为未来防污领域发展的重点，总结了低表面能防污涂料的不足，并展望了其发展趋势。

关键词：低表面能；有机硅；防污涂料；微结构海洋生物污损主要来自藤壶、水螅、贻贝、海鞘、石灰虫等海洋生物的附着生长，这些生物常依附于船体或水下设施上，如：石油钻井平台、跨海大桥、海底输油管道等，对舰船来说附着污损不仅造成船舶的航速下降、能耗增加，且附着生长的海生物对船体会造成一定程度的侵蚀，甚至使其不能正常航海作业，因此海洋污损附着生长造成的经济损失不容忽视。

为了消除或降低污损生物附着生长，采用防污涂料是既高效又便捷的方法。

防污涂料大致经历了由二战后的Hg、As类剧毒类毒料，到20世纪70年代初的三丁基锡（TBT）类与Cu2O的复配防污涂料体系，这些防污涂料在很大程度上对生物附着生长起到抑制作用，但随着使用量的增加也导致海洋环境污染日益加剧。

法国科学家的研究发现，TBT会干扰牡蛎、螺类等的机体正常代谢活动，使贝壳畸形变厚、含肉下降；会导致雌性螺类产生性畸变，从而影响其种群发展；其他海洋生物也会受到TBT的不良影响。

目前TBT类防污涂料已禁用，其他有毒性的防污涂料也将逐步被淘汰。

基于环境保护的理念开发无毒或低毒的防污涂料成为发展的趋势，低表面能有机硅及其改性树脂涂料是不可或缺的一类。

1 低表面能防污涂料的发展现状防污涂料技术主要源自欧美和日本，已商业化的防污涂料主要分为两大类：一是含杀虫剂的防污涂料；二是不含杀虫剂的防污涂料（或称低表面能防污涂料、污损释放型防污涂料），其中后者更符合当今的环保理念，因此也更值得进行深入研究。

目前，低表面能防污涂料已从单一低表面能材料（如：有机硅树脂、硅油、氟碳树脂等）发展到低表面能树脂的改性复合材料（如：有机硅-聚氨酯类、有机硅-环氧树脂类、有机硅-丙烯酸类、有机硅聚醚类，有机硅-聚酰胺类等），低表面能复合材料的开发，拓展了有机硅材料的适用范围，对低表面能防污材料表面微结构构筑成为近年研究的新方向。

（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。

低表面能防污涂料专利技术综述作者：张璐来源：《科学与财富》2017年第23期摘要：低表面能防污涂料是通过降低涂层的表面能而使海洋污损生物难以附着或容易脱落，其具有环境友好性和良好的防污性能。

本文综述了有机硅、有机氟、氟硅系列低表面能防污涂料的专利技术发展路线。

关键词：低表面能；防污涂料；有机硅；有机氟；氟硅1、低表面能防污涂料概述海洋生物污损是由于各种海洋生物，如藤壶、藻类等在船舶外壳、海洋建筑物等表面上附着沉积引起的现象。

该现象会增加船舶航行阻力、加速海洋设施腐蚀，造成严重的经济损失，涂装防污涂料是解决以上问题最常用且有效的方法。

防污涂料是为阻止海洋生物污损，保持船底、海洋设施结构件表面光洁的一种专用涂料。

防污涂料的发展从整体上可分为以下阶段：传统含防污剂涂料、有机锡共聚物自抛光防污涂料、无锡自抛光防污涂料和低表面能防污涂料。

低表面能防污涂料是利用涂料表面具有低表面能的物理性能，使海洋生物难以附着或者附着不牢，在船舶航行时利用水的剪切力作用或专门的清理设备很容易清除附着生物的一种防污涂料，主要分为有机硅系列、有机氟系列和氟硅系列。

2、低表面能防污涂料相关专利技术发展路线2.1有机硅系列低表面能防污涂料的发展1970年，申请号为USD3702778的专利首次提出以硅橡胶为基料，配以其他助剂制得低表面能防污涂料，但其防污效果没有传统防污涂料好。

之后又出现了采用室温硫化硅橡胶作为基料的相关专利，但由于早期的这类防污涂料的防污效果不甚理想，所以往往同时添加三丁基氟化锡等防污剂。

随后则逐渐向不含有毒防污剂方向发展，申请号为JP11007681的专利中公开了在硅橡胶的基础上添加液态石蜡和矿油制得无毒低表面能防污涂料。

单纯的硅基涂层虽然有一定的防污性能，但施工性差、固化时间长、重涂性差、与船体的粘结力弱，使得其实际应用受到限制，同时由于这一时期开发的有机锡自抛光涂料显示出更优秀的防污性能，使得有机硅低表面能防污涂料在七十年代到八十年代间发展缓慢，相关专利申请较少。

低能耗涂料的制备与应用一、低能耗涂料的定义与特点低能耗涂料，顾名思义，是指在生产、施工和使用过程中能够显著降低能源消耗的涂料产品。

与传统涂料相比，低能耗涂料具有以下几个显著特点：1、优异的隔热性能能够有效地阻挡热量的传递，减少建筑物内部与外部环境之间的热交换，从而降低空调和采暖系统的负荷，实现节能的目的。

2、良好的耐候性能够经受住长期的日晒、雨淋、风吹等自然环境的考验，不易褪色、剥落和老化，延长了涂料的使用寿命，减少了维护和翻新的成本。

3、环保无污染通常采用低挥发性有机化合物（VOC）的配方，减少了对大气环境的污染，对人体健康也更加友好。

4、施工方便具有良好的流平性和附着力，能够在不同的基材表面上均匀涂布，提高施工效率，降低施工成本。

二、低能耗涂料的制备方法1、选择合适的原材料（1）隔热填料常用的隔热填料有空心玻璃微珠、陶瓷微珠、膨胀珍珠岩等。

这些填料具有良好的隔热性能，能够有效地降低涂料的导热系数。

（2）树脂基体树脂基体是涂料的主要成膜物质，常用的有丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂等。

选择具有良好耐候性和附着力的树脂基体，能够保证涂料的性能和使用寿命。

（3）助剂助剂包括分散剂、消泡剂、流平剂等，它们能够改善涂料的性能和施工性能。

2、优化配方设计通过大量的实验和研究，确定隔热填料、树脂基体和助剂的最佳配比，以达到最佳的隔热效果、耐候性和施工性能。

3、先进的制备工艺（1）高速分散将原材料在高速分散机中进行分散，使隔热填料均匀地分散在树脂基体中，避免团聚现象的发生。

（2）研磨对于细度要求较高的涂料，需要进行研磨处理，以提高涂料的平整度和光泽度。

（3）调配在分散和研磨完成后，加入适量的助剂进行调配，调整涂料的性能和施工性能。

三、低能耗涂料的应用领域1、建筑领域（1）外墙保温将低能耗涂料涂覆在建筑物的外墙上，能够有效地减少热量的散失，提高建筑物的保温性能，降低能源消耗。

（2）屋顶隔热在屋顶表面涂布低能耗涂料，能够降低屋顶的表面温度，减少室内空调的负荷，节约能源。

摘要：阐述了飞机防除冰的重要性及通常采用的防除冰方法，简要介绍了疏水型低表面能涂层在飞机防除冰领域的辅助作用及该类涂层的疏水机理和分类，评述了几类含氟低表面能树脂在疏水涂料领域的研究进展以及该类涂层在飞机蒙皮和防除冰领域的应用。

关键词：低表面能涂料；飞机防冰；疏水防除冰涂料1 引言当飞机以小于某一临界马赫数的亚音速在结冰气象条件下飞行时，某些部件的迎风表面就会因大气中的水滴撞击、积聚而结冰。

大量的事故和研究都表明，飞机关键部位的积冰，即使是少量的，也会导致飞机的升力下降，飞行阻力增大，从而引起飞机的操纵性和稳定性等气动品质的恶化。

尤其是航空发动机在地面和空中一定的温湿度下，进气口整流罩和支板易出现结冰。

由于结冰将会导致进气流场畸变，使发动机性能恶化；冰脱落还可能造成发动机叶片断裂，甚至导致机毁人亡的重大事故[1]。

尤其是大型飞机，如大型军事运输机具有大推力、大起飞总重、亚音速、强生存力（全天候飞行）等特点，这就决定了这一类飞机不可避免地存在飞行中的结冰问题[2]。

因此开展飞机结冰及其防护技术的研究是飞机、尤其是大型运输机研制不可忽视的重要方面，对飞行安全具有重要意义。

通常大型飞机的防/除冰部位主要包括：机翼和水平尾翼、垂直尾翼前缘、发动机进气道唇口、进气部件（导向叶片、支撑等）、螺旋桨桨叶、整流帽罩、风挡、舱盖等透明表面以及空速管、攻角、温度传感器等大气数据探测装置的表面（见图1）。

对于大型军用运输机及大型民航客机，安装在机头或机身腹部、侧部、上部以及机翼翼尖等位置处的各种天线罩也是需要重点进行结冰防护的部位[3]。

在这些部位都要采取必要的防/除冰措施。

图1 大型飞机易结冰部位示意图2 飞机防/除冰的常用方法针对飞机的不同部位，目前的防/除冰方法如下。

⑴发动机压气机引气的热气防冰系统：主要用于机翼、尾翼前缘和发动机进气道唇口和进气部件的防冰，通过热气的加热使防护表面的温度达到结冰条件下过冷水滴的蒸发温度，从而避免过冷水滴在结冰表面冻结结冰。

低表面能的富集作用低表面能的富集作用在清洁领域有着广泛的应用。

例如，在洗涤剂中添加了表面活性剂，可以降低水的表面能，使其更容易与脏污物质接触并吸附在液体中。

这样，洗涤剂就可以更好地清洁物体表面，将污垢去除。

此外，低表面能的富集作用还可以用于去除油污和污渍。

油脂是一种低表面能的物质，可以迅速地与油污结合，起到清洁的作用。

低表面能的富集作用在涂料和油墨中也有重要的应用。

涂料和油墨中的颜料和填料往往是固体颗粒，与液体介质接触时需要克服一定的表面能，才能有效地分散在液体中。

为了提高涂料和油墨的性能，可以添加一些低表面能的物质，如表面活性剂，来降低液体的表面能，使颜料和填料更好地分散在液体中，提高涂层的稳定性和均匀性。

低表面能的富集作用还可以应用于纳米颗粒的制备和涂层技术中。

纳米颗粒具有特殊的物理化学性质，可以应用于生物医学、电子器件、材料科学等领域。

然而，由于纳米颗粒具有较大的比表面积和高表面能，使得它们容易团聚和聚集在一起，降低了其应用效果。

通过使用低表面能的物质，可以有效地降低纳米颗粒的表面能，减少其团聚和聚集现象，提高纳米颗粒的分散性和稳定性。

低表面能的富集作用还可以应用于润滑剂和防水材料的制备中。

润滑剂是一种能够减少摩擦和磨损的物质，它们通常需要在摩擦表面形成一层保护膜，以降低摩擦系数。

低表面能的物质可以在表面形成一层薄膜，降低固体间的接触力，从而起到润滑的作用。

防水材料也可以利用低表面能的富集作用，通过形成一层密封的薄膜，阻止水分渗透到物体内部。

在生活中，我们还可以观察到低表面能的富集作用带来的一些有趣现象。

例如，当我们在水面上撒一些黑胶粉末，粉末会迅速富集在水面上形成一个团块，这是因为黑胶粉末是一种低表面能的物质，它们在水面上会聚集起来。

类似地，当我们在水中加入一些油滴，油滴会很快聚集在一起形成一片，这也是低表面能的富集作用的结果。

低表面能的富集作用在生活中有着广泛的应用。

它在清洁、涂料、油墨、纳米材料、润滑剂、防水材料等领域都发挥着重要的作用。