有机硅弹性涂层双向连接控制技术研究

有机硅弹性涂层双向连接控制技术研究
作者：刘星辰
来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2016年第12期
摘要：本文介绍了连接漆以及连接漆在船舶涂料中的应用概况，综述了提高防锈底漆与防污漆之间附着力的方法，并对近年来国内外关于连接漆的研究进展进行了系统阐述。

关键词：连接漆；船舶涂料；附着力
中图分类号： V229 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）36-168-2
0 引言
传统的防护措施是在船舶底部先涂一层防腐涂层，然后再在防腐涂层上涂一层防污涂层以达到防腐和防污的目的。

由于防腐涂层与防污涂层中的成膜树脂其分子组成和结构相差较大，两者的极性和相容性较差，界面之间的附着力较差，容易造成防锈漆与防污漆之间的分层和防污漆的大面积脱落，导致防污漆的失效，从而造成海洋生物的大量附着。

同时海生物的附着也会加速防锈漆破坏，最终导致船体基材腐蚀，给船体带来巨大的安全隐患。

1 船舶涂料概述
船舶涂料是用来防护船体免受海水的腐蚀及海生物的污损，主要包括防腐涂料，防污涂料及连接底漆与防污漆的中间连接涂料。

1.1 防腐涂料
防腐涂料的种类繁多，主要包括环氧类、乙烯类、有机硅类、丙烯酸类、聚氨酯类和富锌类等防腐涂料。

其中，环氧类涂料具有良好的耐水性、耐化学药品性、低收缩率及优异的附着性和防腐蚀性等特性，在防腐涂料中具有非常广泛的应用。

环氧树脂是指分子结构上含有两个或两个以上环氧基的热固性树脂，主要是由双酚A和环氧氯丙烷合成，其分子结构中含有羟基和环氧基，能与胺类树脂、酚醛树脂、酸酐、多异氰酸酯等发生反应而获得结构不同、性能各异的环氧树脂，并可通过有机硅改性、无机填料改性、橡胶弹性体改性和酚醛胺改性等改性方法制成防腐涂料。

由于环氧树脂分子结构中含有强极性基团醚键和羟基，使得环氧树脂与金属基材表面间能够产生很强的黏结力，从而大大提高了涂层与基材之间的附着力。

此外，环氧树脂还具有耐磨性好、力学性能高、易加工成型、固化性能优异等优点，成为船舶防腐涂料中应用最广泛的品种之一。

1.2 低表面能防污涂料
低表面能防污涂料的表面能很低，涂膜表面十分光滑，海洋污损生物很难附着，即使附着也不会牢固，在海水的冲刷下或其他外力的作用下很容易脱落，从而起到防污的效果。

低表面能防污涂料是利用物理作用达到防污目的，不含有毒防污剂，具有环保无毒的特点，因此成为防污涂料的研究热点。

按树脂的不同，其大致可分为有机硅树脂、氟碳树脂以及氟硅树脂三大类。

1.2.1 有机硅树脂
有机硅树脂主要是指聚硅氧烷，其表面张力低、憎水性强、结构极其稳定，可在海水中长期浸泡而不发生结构变化。

有机硅低表面能防污涂料与普通防污涂料相比，表面能更低、涂膜表面更光滑、污损生物更难附着、防污效果更好。

由于聚硅氧烷中含有键能高、键角大的Si—O键和Si—O—Si键，使得有机硅树脂具有较低的表面能和玻璃化转变温度，从而赋予有机硅树脂优异的防污性能。

1.2.2 氟碳树脂
氟碳树脂是指在分子主链段或者侧链段的碳原子上含有氟原子的高分子聚合物，其含氟基团一般是—CF2和—CF3。

由于氟原子的半径小、电负性高，导致C—F共价键的键短、键能高，从而使得只含氟和碳的全氟聚合物具有很低的表面能，其表面能一般随着氟含量的增加而降低。

聚四氟乙烯的表面能非常低，理论上应该具有很好的防污性，但实际上其防污效果并不理想，需要对其进行改性以达到防污目的。

1.2.3 氟硅树脂
氟碳树脂的表面张力小、表面能低、性能优异，但研制难度大、价格高昂。

有机硅树脂表面能低、憎水性强、结构稳定，但力学性能差、附着力不足。

为此，将有机硅和有机氟配用可获得性能更加优异的氟硅树脂。

其利用的原理是以硅氧链为主链引入一定量的CF3到侧链上，该基团由于具有极大的表面活性将严格趋向于表面，整个分子链既保持了聚硅氧烷的高弹性和高流动性，又具有CF3基团的低表面能特性，因此兼有有机硅和有机氟低表面能防污涂料的双重优点，具有优异的防污性能。

1.3 连接涂料
由于防腐底漆与防污面漆树脂的成分和结构相差很大，极性和相容性较差，需要在底漆与面漆之间涂覆一层过渡连接漆，以提高界面间的附着力，延长防腐防污涂层体系的使用寿命。

因此，连接漆的好坏对整个涂层体系起到至关重要的作用。

目前，国内外应用较多的连接漆主要有三类：环氧连接漆、乙烯连接漆和氯化橡胶连接漆。

2 国内外研究现状
防锈底漆与防污漆之间附着力差，容易导致涂层脱落，造成船体腐蚀与污损，为了解决底漆与防污漆之间附着的问题，近年来国内外学者进行了一系列的探索性研究。

2.1 采用连接漆连接
王胜龙，汤黎容等人研究出了一种适用于污损释放型防污漆用的有机硅环氧连接漆。

该连接漆是采用有机硅环氧树脂、胺类固化剂和硅烷偶联剂三组分按一定比例复配而成，其连接机理是利用连接漆中的硅氧烷分别与底漆树脂中的羟基和防污漆树脂中的硅氧烷发生脱醇反应，形成化学键合，从而提高连接漆与底漆和防污漆之间的附着力。

实验结果表明，当有机硅环氧树脂添加量为20%，附着促进剂为6%时，连接漆与底漆之间的附着力高达9.5MPa，与防污漆连接性能耐海水浸泡超过7个月。

2.2 设计自分层涂料
自分层涂料是指由两种或两种以上结构不相容的高分子聚合物混合而成，在固化成膜的过程中自发地产生两相分离，形成两相或者多相连续的，具有不同性能的涂层，且不会出现层间附着力的问题。

将自分层涂料作为连接涂层用于连接防锈底漆与防污漆时，由于上下层树脂与底漆和防污漆树脂结构相似，相容性良好，因此可以提高底漆与防污漆之间的附着力。

Helena等通过对环氧树脂/丙烯酸树脂自分层过程的研究发现，丙烯酸树脂的表面能和极性越低则分层越明显，当环氧树脂的环氧值为0.11～0.21mol/g时其分层效果最好，涂层体系的附着力和耐候性也达到最优。

2.3 对防腐防污漆改性以改善其界面的相容性
对防腐底漆或防污漆进行适当的改性处理可以提高底漆与防污漆树脂间的结构相似性，改善其界面的相容性，从而提高底漆与防污漆之间的附着力。

环氧树脂可以通过无机填料来进行改性，改性后的环氧树脂其流动性、收缩性、耐热性和导热性均可得到改善，而且其涂料的耐磨性、耐酸性及附着性能也可以得到不同程度的提高。

2.4 形成化学键合
涂料涂覆在基材表面并固化成膜的过程中，不仅涉及物理变化，还包括复杂的化学变化。

在固化过程中，涂膜与介质界面间发生化学反应，逐渐形成牢固的化学键合，从而大大提高了涂膜与介质界面间的附着力。

涂层界面间附着力的大小关系到整个防腐，防污涂层体系的使用寿命。

因此，如何使涂层界面间形成牢固的化学键合，提高界面间的附着力，成为研究人员目前的研究热点。

Friedrich通过向乙烯，丙烯聚合物中分别添加丙烯胺、丙烯酸和烯丙醇，以考察共聚物与金属铝界面间的附着力影响因素。

研究发现其界面间附着力的大小与接枝链的长度，种类，分布情况及链段上基团的种类有关，并且发现含有极性接枝链的共聚物其附着力要高于聚丙烯和
聚乙烯。

研究还发现，由于羧基能与金属界面间发生反应形成化学键，因此含有羧基官能团的聚合物其附着力最大。

3 小结
浸泡在海水中的船舶，钻井平台等海上设施由于常年受到海水腐蚀与海生物污损的双重危害，其表面必须涂覆防腐底漆与防污面漆以达到防护目的。

然而由于防腐底漆与防污面漆中的成膜树脂其分子组成和结构相差较大，两者的极性和相容性较差，使得其界面之间的附着力较差。

因此为了解决这一问题，普遍采用的方法是在防锈底漆与防污面漆之间涂覆一层过渡连接漆，以达到连接底漆与防污漆的目的。

目前，国内外市场上应用较多的连接漆主要有三类：环氧连接漆、乙烯连接漆和氯化橡胶连接漆。

然而对于低表面能防污涂层体系而言，由于其表面能较低，附着力较差，一般连接漆很难达到较好的连接效果。

因此，针对低表面能防污涂层体系，目前研究比较多的是采用带有某些活性官能团的有机硅连接漆，通过树脂间结构相似，相容性好，以及官能团之间的化学反应形成界面键合，从而达到提高涂层间附着力的目的。

参考文献
[1] 王胜龙，汤黎容，叶章基，苏雅丽.污损释放型防污漆用连接漆的应用研究[J].材料开发与应用，2014，29（5）：17-22.
[2] Helena Kuczyn ska，Ewa Langer.Study of self-stratifying compositions[J].Coat Technol，2009，6（3）：334-362.。