一种海洋环境下水性有机耐蚀防污透明涂层及其制备方法和应用

本发明涉及海洋水性有机涂层，具体涉及一种海洋环境下水性有机耐蚀防污透明涂层及其制备方法和应用。

背景技术：

1、水下探测装备在海洋勘探、海洋工程和科学研究等领域中起着至关重要的作用。然而，由于长时间暴露在水下环境中，这些装备常常遭受严重的腐蚀和微生物附着问题，导致观测设备的可视性能下降。目前，水下仪器的光学窗口防污技术主要依赖于机械擦拭、打磨和超声清洗等方法，但这些方法效率低且对设备造成较大损害。因此，迫切需要开发一种高效且环保的透明海洋防污涂料，以保护海洋设备的探测镜头、光学探头等核心部件。

2、在当前技术中，许多透明涂层在面临腐蚀和污损环境时表现出有限的耐受能力。传统的涂料在水下环境中的应用存在一些限制，常规涂料可能会因为水下环境中的化学物质、微生物、海洋生物和悬浮物等的侵蚀而失去耐久性和透明性。这些因素导致涂层表面出现污渍、腐蚀、附着物和微生物生长，降低了观察设备的清晰度和可靠性。

3、专利cn 116731574 a揭示了一种无锡自抛光防污涂料及其制备方法。该涂料通过使用氧化亚铜作为防污剂，展现出对海洋污损生物的抑制和灭活作用，具备广谱高效的防污效果。然而，相关研究表明氧化亚铜可以对水生生物产生急性和慢性毒性影响，进而对水生态系统的平衡造成潜在影响，且含氧化亚铜的防污涂料已被国家列入“高污染，高环境风险”名单。专利cn 116535585 a公布了一种水性透明涂料的制备方法，可使用uv固化且固化膜具有疏水、透明、耐磨、稳定和柔韧性好等特点。然而，在制备过程中需要引入的全氟聚醚丙烯酸酯具有潜在的致癌风险，并会随着食物链的传递在生物体内不断聚集。专利cn201911106363公开了一种低表面能水性自抛光乳液及其制备方法和低表面能水性自抛光减阻防污涂料，具有环境友好和稳定性优异的特点。然而，该涂料成膜物在自身防污性能方面仍存在一定的局限性，只能在海水剪切力动态水流的作用下起到防污效果，在静态条件下则无法有效防污。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明的目的之一是提供一种海洋环境下水性有机耐蚀防污透明涂层，具有防污和微生物抗附着性能好、环保无污染、制备简单等特点，确保水下探测装备的清晰度和可靠性。

2、为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

3、一种海洋环境下水性有机耐蚀防污透明涂层，其原料包括成膜物质、固化剂、抑菌功能因子；所述成膜物质为水性环氧改性有机硅树脂，所述固化剂为硅烷偶联剂(分子量为221.4)，所述抑菌功能因子为羧基化氧化石墨烯(分子量为12.01)。

4、本发明以羧基化氧化石墨烯作为抑菌功能因子，羧基的存在，使氧化石墨烯表面出现电负性，而细菌表面也带负电，负电性的样品表面可以通过静电排斥抑制细菌黏附，且较高的活性氧水平会破坏细菌膜并引起细菌的死亡；在此基础上利用硅烷偶联剂将水性有机硅树脂高温涂料实现低温固化，使其在拥有低表面能(动态防污)的基础上，便携羧基官能团来起到对细菌等微生物的抑制的作用(静态防污)，综合两项功能制备出一种无污染的抗菌低表面能的防污涂料，使其在静态以及动态情况下均有优异的防污效果。

5、优选的，所述水性环氧改性有机硅树脂的环氧值在0.02～0.08，固体含量在50±1％，黏度cp≤600mpa·s(测试条件为25℃1#12rpm ndj-8s)。

6、优选的，所述水性环氧改性有机硅树脂、硅烷偶联剂、羧基化氧化石墨烯的质量比为20：1：0.001。

7、本发明的目的之二是提供上述海洋环境下水性有机耐蚀防污透明涂层的制备方法，包括以下步骤：

8、s1.称取计量配比的水性环氧改性有机硅树脂、硅烷偶联剂和羧基化氧化石墨烯；

9、s2.将s1中称取的羧基化氧化石墨烯与硅烷偶联剂均匀混合，置于超声振荡器中分散均匀，分散结束后作为改性固化剂备用；

10、s3.将水性环氧改性有机硅树脂与改性固化剂进行机械搅拌，混合均匀之后进行喷涂作业，并在常温(15～40℃)下固化，即可形成涂膜。

11、优选的，所述分散均匀是将羧基化氧化石墨烯放置于盛有硅烷偶联剂的容器里，超声振荡频率在30～80hz，振荡时间为1～10小时，将羧基化氧化石墨烯均匀分散在硅烷偶联剂中。

12、优选的，步骤s3中，所述机械搅拌的参数为：搅拌速度为200～800r/min，反应温度为15～40℃，反应温度过低，硅烷偶联反应不彻底，温度过高，反应过快，混合溶液开始出现反应凝固块，影响后续涂敷，即温度过高过低均会导致成膜效果较差，影响成膜性能。

13、优选的，步骤s3中，常温固化时间为7d。

14、本发明的目的之三是提供上述海洋环境下水性有机耐蚀防污透明涂层在船舶与海洋工程领域中的应用。具体是将其喷涂在水下探测装备的观测窗口，提升其防污和微生物抗附着性能，提高设备的可靠性和综合性能。

15、本发明具有以下有益效果：

16、本发明以水性环氧改性有机硅树脂作为成膜物质原料，通过简单的超声震荡和机械搅拌的方法，成功地合成了水性防污涂层，合成的涂层在海水及硫酸还原菌溶液中耐污损及抗腐蚀性能出色，且具有较为优异的疏水性能。

17、本发明关键在于利用带有特定官能团(羧基)的氧化石墨烯来使涂层具有良好的抑菌性能，进而获得较好的静态防污性能，在抗菌耐蚀的前提上，又兼具疏水特性，使得涂膜在静态、动态下均可以实现良好的抗污性能。与此前的研究相比，该涂层满足时代环保要求，抑菌方面不再像传统添加灭菌剂来实现消灭涂层表面的附着物，服役过程中可以说零污染。

18、本发明丰富了水性防污有机涂层材料体系，具有简单易行，适用范围广等优点，能够有效增强水下探测装备的观测窗口防污和微生物抗附着性能，大大提高水下观察设备的可靠性和长期性能，确保设备在极端水下环境下的稳定运行，在船舶与海洋工程领域具有极大的应用潜力。

技术特征：

1.一种海洋环境下水性有机耐蚀防污透明涂层，其特征在于：原料包括成膜物质、固化剂、抑菌功能因子；所述成膜物质为水性环氧改性有机硅树脂，所述固化剂为硅烷偶联剂，所述抑菌功能因子为羧基化氧化石墨烯。

2.根据权利要求1所述的海洋环境下水性有机耐蚀防污透明涂层，其特征在于：所述水性环氧改性有机硅树脂的环氧值在0.02～0.08，固体含量在50±1％，黏度≤600mpa·s。

3.根据权利要求1所述的海洋环境下水性有机耐蚀防污透明涂层，其特征在于：所述水性环氧改性有机硅树脂、硅烷偶联剂、羧基化氧化石墨烯的质量比为20：1：0.001。

4.权利要求1-3任一所述的海洋环境下水性有机耐蚀防污透明涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的海洋环境下水性有机耐蚀防污透明涂层的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述分散均匀是将羧基化氧化石墨烯放置于盛有硅烷偶联剂的容器里，超声振荡频率在30～80hz，振荡时间为1～10小时，将羧基化氧化石墨烯均匀分散在硅烷偶联剂中。

6.根据权利要求4所述的海洋环境下水性有机耐蚀防污透明涂层的制备方法，其特征在于：步骤s3中，所述机械搅拌的参数为：搅拌速度为200～800r/min，反应温度为15～40℃。

7.根据权利要求4所述的海洋环境下水性有机耐蚀防污透明涂层的制备方法，其特征在于：步骤s3中，常温固化时间为7d。

8.权利要求1-3任一所述的海洋环境下水性有机耐蚀防污透明涂层在船舶与海洋工程领域中的应用。

技术总结本发明属于海洋水性有机涂层技术领域，具体公开了一种海洋环境下水性有机耐蚀防污透明涂层及其制备方法和应用。本发明以水性环氧改性有机硅树脂为成膜物质，以硅烷偶联剂为固化剂，以羧基化氧化石墨烯为抑菌功能因子，通过超声震荡和机械搅拌，成功地合成了水性防污涂层，合成的涂层在海水及硫酸还原菌溶液中表现出的耐污损及抗腐蚀性能出色，具有较为优异的疏水性能。并且，该涂层的制备和使用过程中均无污染物产生，具有良好的环保性。技术研发人员：褚振华,张智鑫,陆佳豪,许竞翔,胡庆松,高丽受保护的技术使用者：上海海洋大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27