船舶涂料的研究现状

船舶涂料研究现状

涂料是将各种材料 (包括有机树脂为基础的涂料、 无机成膜物涂料、 金属、 陶瓷等)采用适当的表面处理技术和涂装方法在底材表面形成具有保护、 装饰和特殊功能的材料。其中,最突出的特点是它的功能性,而针对国防军工等高新技术产业的需求而发展起来的涂料种类有船舶用防污涂料、 船体防锈涂料、 舰用特种功能涂料、 吸波涂料、 纳米隐身涂料、 防滑涂料、 阻尼涂料、 重防腐蚀涂料、 防火涂料、 新型光触媒涂料等。海洋中微生物、 植物和动物附着在舰船上并对之产生不利影响的现象称为污损。污损不仅增加船舶的自重,减少船舶的载重, 同时将大大增大船体的阻力,造成船舶航速降低和燃油消耗量增大。

船舶涂料的分类 船舶涂料分类如图1所示

图 1 船舶涂料分类

目前防污涂料发展的主要方向有: (1)不含有机锡的自抛光防污涂料; (2)无锡的磨蚀型防污涂料; (3)无毒防污涂料 (低表面能涂料、生物防污涂料等) ; (4)导电防污涂料。其中以不含有机锡的低毒或无毒防污涂料为主要研究和开发目标,以无锡自抛光或磨蚀性防污涂料产品的开发最快。船底防锈涂料的品种大体可分成三大类:(1)传统的沥青系和油性系; (2)以环氧、 乙烯、 环氧沥青、 乙烯沥青和

氯化橡胶树脂为主体的高性能船底防锈涂料; (3)新型高性能船底防锈涂料, 主要包括改性环氧、 玻璃鳞片涂料、 氟树脂涂料等。舰船特种涂层材料是舰船装备不可缺少的组成部分。它涉及的领域包括: 耐高温、 防热、 防火、 吸声 阻尼、 吸波、 光学伪装等,主要有舰用雷达吸波隐身涂料、 吸收声纳波涂层、 红外隐身涂层、 抗热辐射涂料、飞行甲板防滑涂料、耐高温涂料等,尽管其用量不大,但它已是舰船不可缺少和替代的配套材料, 而且随着武器装备现代化进程的加快, 特种涂层材料在舰船的各部位所起的作用越来越大。

其它新型涂料有防滑涂层、潜艇特征信号控制涂层、新型光触媒涂料、新型室温可逆变色涂料、新型热防护涂料、热障涂层、溶胶-凝胶涂层。 梯度功能涂层

梯度功能材料(FGM)是指随着材料的组分、结构沿某一方向连续变化，其各项性能也发生连续变化的一类新型非均质复合材料，是基于航空航天技术的发展而提出的新概念，已应用到机械、能源、化工、光学、电学和生物医学等众多研究领域中。在此基础上研制的梯度功能涂层，从基体到表面的组分和性能也是呈无界面连续渐变的。

目前制备FGM涂层的工艺方法多种多样,主要有气相沉积法、自蔓延高温合成法、等离子喷涂法及激光熔覆法等。

以国外的研究工作为代表,如有研究者通过将丙烯酸酯与含氟丙烯酸酯进行无规共聚、接枝共聚、嵌段共聚或与其它乳液进行共聚,可以得到良好的梯度分层效果。如Park等1将丙烯酸全氟己酯接枝到MMA上得到的聚合物涂膜因氟在表面富集引起表面自由能明显降低,且由于MMA被含氟聚合物支化,导致接枝共聚物与其他聚合物混溶性提高,为自分层共混体系提供优良的共混组分;Li等

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将

丙烯酸丁酯(BA)与丙烯酸全氟烷基酯进行嵌段共聚,利用GPC对氟进行分析,发现随含氟聚合物用量的增加,涂膜的斥水斥油性能显著提高,且FTIR分析发现含氟聚合物在其表层的含量远大于底层,说明含氟聚合物与丙烯酸酯类发生相迁移而富集在表层;Walz等3应用激光诱导二次质谱对含氟丙烯酸酯和无氟丙烯酸酯的共混乳液进行体相深度分析,结果表明体相中的含氟量随深度增加快速递减,涂膜组分呈现明显的梯度渐变现象;Ming等4利用含氟的低聚物与液态聚异氰酸酯共混,形成无溶剂含氟低聚物,通过热或光固化交联成膜,当氟含量从0增加到1.4wt%时,其表层的表面张力减少到20mN/m,表明氟在涂膜表面富集,涂膜具有较好的分层效果;还有研究者将2-乙基己基丙烯酸酯-丙烯酸-醋酸乙烯共聚物(Ⅰ)与氟化乙烯-六氟丙酮共聚物(Ⅱ)的THF溶液按一定质量比掺混,在PET板上浇注成膜,然后用ATR-FTIR、XPS、SEM等分别对膜的表层、断面进行跟踪和分析观测,结果表明膜的表层和里层,无论化学组成还是微观结构都有很大不同,其表层主要是聚合物Ⅱ,而靠近PET的底层主要是聚合物Ⅰ。

郭睿岚等涂层。

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以甲基丙烯酸(MMA)和丙烯酸乙酯(EA)二元共聚物为种子乳液合

成出的多层核-壳共聚复合乳液,可根据需要进行分层设计,使其成膜时形成梯度

在新型高分子防腐蚀涂料中，以氟树脂为基料的氟涂料具有一系列优异特性，如突出的耐蚀性、耐热性、耐候性以及非粘附性等，氟涂料涂层可以作为各种腐蚀环境下的防护涂层。但氟树脂的非粘附性降低了涂层与金属基体的结合强度，降低了防护效果;聚苯硫醚是一种综合性能优异的高分子材料，特别是它具有和金属良好的粘结性，可在金属表面形成牢固的涂层，但是脆性大易开裂。用氟树脂和聚苯硫醚共混改性制备防腐涂料是一种非常有希望的方法，它可以综合二者的长处，相互弥补缺点。边洁等6用聚全氟乙丙烯(FEP)与聚苯硫醚(PPS)树脂，制备了PPS/FEP梯度结构防腐蚀徐层，对该复合涂层与钢基体的结合强度以及内在成分分布进行了研究。

含氟丙烯酸酯聚合物因其具有优异的表面特性、耐候性及环境友好性而具备广泛的应用价值，但也因其价格高，又难与大多数基材粘结，其应用受到限制。武汉大学的张超灿等人，从功能梯度材料概念出发，将含氟丙烯酸酯聚合物与其它聚合物共混，通过巧妙的梯度复合技术来得到高分子梯度材料，使梯度材料的一侧表面具备有机氟的优点，另一侧表面具备其它聚合的优异性能，而在膜的厚度方向上组分连续过渡，无任何不良宏观界面，这样就使得高分子梯度材料能更好地适应不同环境以满足某些特殊的需要

当今功能梯度涂层工艺中存在的主要问题近10年来,功能梯度涂层的制备工艺有了很大发展,工艺方法不断增多。但是,这些工艺各有优缺点,而且当今功能梯度涂层制备工艺中还存在一些问题。简述如下:

(1)难以精确控制涂层成分按理论设计情况变化。由于对某些工艺中涂层成形机理研究尚不够透彻,使得在工艺过程中对工艺参数的控制不够准确和精确,所制得的梯度涂层中成分分布与理论设计的成分分布难以相符,因此,在涂层中仍有残余应力。

(2)难以获得大尺寸功能梯度涂层制件。现在已获得成功的功能梯度涂层件主要是刀片、钻头和燃气喷嘴等小型件或试验制品,只有极少数较大尺寸的功能梯度涂层试验件试制成功。美国和日本已把制得大尺寸功能梯度涂层件作为今后的重要开发目标。

(3)成本较高。除SHS方法外,现有的其它制备功能梯度涂层的工艺,如CVD、PVD等离子喷涂等方法,大多工艺过程较长,生产效率较低,且设备系统操作复杂,使得最终的功能梯度涂层件成本较高。成本高是阻碍功能梯度涂层工艺推广和制件应用范围扩大的主要障碍。 当今船舶涂料的发展趋势如下：

（1）发展配套性广的防锈底漆，旨在使船舶涂层配套系统简单化，即不论船舶的何种部位，不论其中间漆和面漆采用何种类型的涂料，都可采用同一种防锈底漆。

（2）发展厚膜型、超厚膜型涂料，旨在减少涂装次数。

（3）开发速干型涂料，旨在缩短涂料固化、干燥时间，进而缩短造船周期。 （4）发展不含有机锡的自抛光防污涂料，旨在防止有机锡化合物对港湾和海洋的污染。

（5）发展无溶剂或水性防锈涂料，旨在减少有机溶剂对大气的污染，杜绝爆炸、火灾的危险性。

（6）发展低毒、无毒涂料。

总之，当今船舶涂料发展的方向是高效、省力、合理、低毒、安全。随着造船技术的发展，将不断研制出新 型的船舶涂料。

1.

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