低表面能防污涂料防污机理探讨

第５ １ 卷第 ５期
２ ０ １ ３ 年 ５ 月
上海 涂料
Ｓ ＨＡＮＧＨＡＩ Ｃ ０ＡＴ Ｉ ＮＧＳ
Ｖ０ ｌ ＿ ５ １ Ｎｏ ． ５
Ｍａ ｖ． ２ ０１ ３
低 表 面 能 防 污 涂 料 防 污 机 理 探 讨
马 英 华 ，宋振 伟 ， 何 遥 ， 邢 维升 ， 谷 美 邦
定 范 围 内表 面能 越 低 ， 物体 附着 力越 低 。 这 与 理论
分析相符合 ， 使 理论分析得到很好地验证 。
表 １ 某些聚合物 的性能参数
Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ １ Ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｓ ｏ ｍｅ ｐ ｏ ｌ ｙ ｍｅ ｒ
关键词 ：低表面能；防污涂料 ；防污机理 ；影响 因素
中图 分类 号 ：Ｔ Ｑ ６ ３ ０ ． １ 文 献 标识 码 ：Ａ 文 章 编 号 －１ ０ ０ ９ — １ ６ ９ ６ （ ２ ０ １ ３） ０ ５ — ０ ０ １ ５ — ０ ４
０ 引 言
海洋 生物附着在 舰船外 壳 ， 会 增 加 航 行 阻力 和 燃 油 消 耗 ；附 着 于 海 洋 科 研 设 备 上 ， 会 影 响 设 备 采
海洋 中船体 与海水接触 为 固液接触 ， 船体表 面 层 的分子和内部体相 中的分子 （ 原子 ） 所处 的力场不
同 ，因 而 受 力 情 况 也 不 同 。固相 内部 分 子 （ 原子 ） 所 受力场是球对称的 ， 合 力 为零 。固相表 面层 分 子 （ 原 子 ） 处 于空 间 不对 称 力 场 中 ， 液 相 分 子 对其 作 用 力 较 小 ，分 子 （ 原子 ） 受 到 指 向 固相 内部 的拉 力 ， 如图 １ 所示 ， 总是 企 图 向 固相 内部 移 动 ， 缩小表面积 。 这 种 自发 的 向内拉 力 是产 生 表 面 张力 的原 因。因此 ， 要 扩 大表 面 积 ， 需要 环 境 对 系统 做 功 。 体 系表 面 积增 大必 然 要 增 加 能量 ， 根 据 能量 最 低 原 理 ， 这种 体 系是 不 稳
集 数据 以及 正常运行等 。 防污涂料用 于防止海洋 生 物在船舶外 壳的附着和生 长。 随着人类 环保意识 的 增强， 砷、 镉、 铅、 汞等 有毒物质 已被大多数 国家禁
用， 从保 护环境 的角度 出发 ， 无 毒 易 脱 落 型 防 污 涂 料 无 疑 是 非 常 有 发 展 前 景 的 。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） 降 低 涂 料 表 面 的 自由能 ；（ ２） 采 用 生 物化 学 方 法 ；（ ３） 利 用 涂 层 的 自抛 光 机 理 ；（ ４） 改 变 涂 层 表 面 的 物 理 化
电荷后 ， 留在溶液 中的反离子 （ 即与被胶核吸附的离 子带 相反 电荷 的离子 ） 因离子静 电作用而 围绕 于胶 核周 围 ， 但离子本 身 的热运动又 使一部分反离子 扩
散到较远 的介质中。 可见 ， 一些紧紧地围绕于胶核近
表面 能为恒温恒压 下 ， 形成 单位新 表面所需要 的最大功 。 固体晶体 中， 每个质点周围都存在着一个
（ １ ． 海军驻大连 ４ ２ ６ 厂 军事代表 室， 辽宁大连 １ １ ６ ０ ０ ５ ；２ ． 海军装备部装备采购 中心 ， 北京 １ ０ ０ ０ ７ １ ）
摘 要 ：从 内因和外因两方 面对海洋生物 的黏 附机理、 低表 面能防污涂料 的防污机理 以及 影响 防污效果的因素进行探讨 ， 对低表面能防污涂料 的研制具有一定的指导意义 。
成 线 性 关 系 ，回归 相 关 系数 尺 大于 ０ ． ９ 。由此 可 知 ，
一
而其余 的反离 子则组成扩散层 ， 紧密层 和扩散层形
成 扩散 双 电层 。 胶 核 与 紧密 层 组 成胶 粒 ， 而 胶 粒 与扩
散 层 中 的反 离 子 组 成 胶 团 ， 这 样 可 以增 强 生 物 的 吸 附 作用 ｓ － 。 １ ． ３ 低表 面 能 防污 涂 料 的 防污 机理
德华力是 固体表面产生物理 吸附或气体凝聚的原 因。
一
般 指 固体表面与被 吸附质点 之 间的相互作用 力。
化 学 力 的 本 质 是 静 电力 ，当 固体 利 用 表 面 质 点 的不 饱 和 价 键 将 吸 附物 吸 附 到 表 面 之 后 ，吸 附 物 和 吸 附
剂分子之 间发生 电子转移 产生化学力 ， 其 实质是形
［ 收稿 日期 ］ ２ ０ １ ３ — ０ １ — ２ ２ 【 作者简介 ］ 马英华 ， 男， 工程师 。
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上海涂料
第５ １ 卷
旁的反离子与被吸附于胶核表层 的离子组成紧密层 ，
模量 和表面能 ， 如表 １ 所示 。 绘制相对附着力 与表面
能 关 系 曲线 （图 ２） 可 以发 现 ， 相 对 附 着 力 与 表 面 能
与基 体表 面 发生 分 子与 离子 的黏结 并形 成一 种 界 面 。 生物分 泌的黏液 中常常包含一 些胶核 。 胶 核 常
本 文 主要 对 低 表 面 能 防 污 涂 料 的 防 污 机 理 以及
影 响防污效果 的因素进行探讨 ， 以对低表 面能防污
涂料 的研 制 提供 一 些参 考 。
具 有 晶体结构 ， 它很容易从溶 液 中选择性地 吸附某
种 组 成 与 之相 似 的 离子 而 使 胶核 带 电 ， 因此 ， 胶 核 实 际上 应 包 括 固体 微 粒 表 层 的带 电 离 子 。胶 核 表 层 带
１ 低表 面能 防污涂料 的防污机 理探讨
１ ． １ 表面 能 ／ 表 面 力
力场 ， 在 晶体 内部 ， 质点力场是对称 的。 但在 固体表 面， 质点排列 的周期重复性 中断 ， 使处于表面边界上 的质点力场对称性破坏 ， 表现出剩余 的键力 ， 称之为
固体 表 面力 ＿ ４ ］ 。 表 面力 包 含 范 德 华 力 （ 分 子 引力 ） 和化 学 力 。 范
成 了表 面 化合 物 。
１ ． ２ 生物 附着机 理
学性 能 。 其 中， 通过 降低 涂料表 面能 而得到 的低表
面 能 防 污 涂 料 以其 独 特 的 防 污性 能 ， 受 到人 们 的广
泛 关 注 － ３ ＿ 。
海洋生物种类繁多 ， 其在船体表面上附着并分泌 出一种黏液 ， 这种黏液对基体表面润湿 ， 并在其上分 散， 通过毛细管作用渗透到基体的空隙中， 这种黏液