一种聚合物复合涂层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种聚合物复合涂层及其制备方法和应用，本发明专利技术聚合物复合涂层具备优异的防腐蚀性能与防生物污损性能，具有广谱、高效、持久的抗菌效果。本发明专利技术制备方法工艺简单，环境污染少，效率高，喷涂不受工件尺寸及形状的限制，成本低，适合大面积制备。本发明专利技术聚合物复合涂层在耐腐蚀、防海洋污损领域具有良好的应用前景和经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物复合涂层及其制备方法和应用
本专利技术涉及复合涂层的
，尤其涉及一种聚合物复合涂层及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来随着海上交通、海底石油和矿产、海水养殖、海水淡化、海洋发电等行业的迅速发展,海洋生物污损和腐蚀现象已越来越受到人们的重视。当一种材料或物体浸入海水中后,表面很快就被单层的聚合物材料所覆盖,形成调节膜。紧接着,细菌、单细胞的硅藻会很快粘附在调节膜上,细菌分泌胞外多糖,将细菌与基体、细菌与底物相互连接,形成一层薄的粘膜。船舶、码头等水线以下的壳体长期与海水接触，受到海水的腐蚀，显著缩短它们的使用寿命；海洋生物的附着增加船底粗糙度、引起船舶航行阻力增加、能耗与排放加剧甚至一些海洋管道的堵塞，造成一系列的经济损失。其中，涂装防污材料是防除生物污损最有效的方法。海洋防污涂料是一种特种涂料，主要作用是通过漆膜中防污剂(毒料)的逐步渗出防止海洋生物的污损。但是，早先的防污涂料在抑制海洋生物附着的同时也对海洋环境造成了二次污染。因此，开发高效、广谱、持久的绿色环保海洋防污涂料已成为海洋科技工作者和技术工程师们共同致力于解决的关键问题。热喷涂是一种材料表面防护的重要技术，利用热源将喷涂材料加热至溶化或半溶化状态，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层，其具有防腐、耐磨、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、防微波辐射等多种功能。热喷涂技术由于具有可喷涂材料广泛、基体形状和尺寸不受限制、工艺操作简单、易于产业化等特点，是赋予材料表面特殊性能和强化的重要手段。同时还具有原料制备过程中反应温度相对较低、环境污染少、产量高、成本低等优势。高分子聚合物因其具有轻便、易成型、成本低廉、耐化学腐蚀、耐低温性及电绝缘等优点而被广泛应用。目前，涂层或涂料中缓慢释放防污剂是一种防海洋无损的有效手段，在过去的几十年中,涂刷含有机锡等有毒防污剂的防污涂料曾被大量使用,这种防污涂料虽然具有很好的防污效果,但是,有机锡等有毒防污剂在水中稳定且会积累,可以通过生物富集作用危害海洋生态环境甚至人类健康。因此,国际海事组织(IMO)明确规定，从2008年1月1日起，所有运营舰船将不得使用此类涂料。鉴于此，包括防污剂种类有金属/金属复合物、有机杀虫剂、无机纳米颗粒、离子液体、两性有机物和天然提取物等。
技术实现思路
本专利技术公开了一种聚合物复合涂层及其制备方法和应用，所制备的聚合物复合涂层具备优异的防腐蚀性能与防生物污损性能，具有广谱、高效、持久的抗菌效果。并且工艺简单，环境污染少，效率高，喷涂不受工件尺寸及形状的限制，成本低，适合大面积制备。一种聚合物复合涂层，组成为50～90wt％的聚合物和10～50wt％的抗污剂，所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯或聚四氟乙烯，所述抗污剂为大蒜素、辣椒素、姜黄素、甲壳素、丹宁酸、酶中的至少一种。作为优选，所述的酶包括水解酶、蛋白酶、糖酶和脂肪酶中的至少一种。该聚合物复合涂层中的聚合物的化学稳定性好，耐酸碱性强，可以有效隔绝腐蚀介质对基体材料的腐蚀作用；同时所述聚合物对于抗污剂形成特殊的包覆结构，达到延缓释放和长期有效地作用。作为优选，所述聚合物为聚乙烯，聚乙烯的化学稳定性好，耐酸碱性强，可以有效隔绝腐蚀介质对基体材料的腐蚀作用。所述聚合物复合涂层的厚度为50～300μm。作为优选，所述聚合物复合涂层的厚度为50～80μm。涂层过薄不能有效保护基底，过厚影响涂层的结合强度，易脱落。本专利技术还提供了一种上述聚合物复合涂层的制备方法，具体步骤如下：步骤1：配制喷涂原料；所述喷涂原料为聚合物悬浮液或聚合物复合粉末；步骤2：基体进行表面除油和粗化处理；步骤3：将步骤1配制的喷涂原料通过热喷涂方法，在步骤2处理的基体表面喷涂形成所述的聚合物复合涂层；所述的热喷涂方法包括：火焰喷涂、超音速火焰喷涂、等离子喷涂或冷喷涂。步骤1中，所述聚合物悬浮液的具体制备工艺如下：在聚合物中加入一定量的乙醇，搅拌均匀后加入抗污剂，即得所述的聚合物悬浮液。步骤1中，所述聚合物复合粉末的具体制备工艺如下：将聚合物粉末进行超声波清洗，烘干后加入抗污剂，物理混合均匀得到所述的聚合物复合粉末。步骤2中，所述基底为Q235钢、Q345钢、45钢、304不锈钢、316不锈钢、铸铁、铝、玻璃或硅片。步骤2中，所述的粗化处理优选为喷砂、车螺纹、滚花或电拉毛。所述火焰喷涂的喷涂参数为：助燃气为O2，压力为0.2～1.0MPa；燃气为乙炔，压力为0.05～0.4MPa；辅助气为压缩空气，压力为0.3～6.0MPa；喷涂距离为100～300mm，火焰喷枪移动速度50～400mm/s，涂层喷涂次数1～20遍。当喷涂原料为聚合物悬浮液时，热喷涂方法优选为等离子喷涂，将聚合物悬浮液通过喷嘴送入到等离子喷枪产生的焰流中，在步骤2处理的基体表面进行等离子液料喷涂。作为优选，所述等离子喷涂的喷涂参数为：氩气作为主气，氢气作为次体，等离子喷涂的电流为300～650A，电压为35～55V，喷涂距离为100～250mm，等离子喷枪移动速度为1000～1500mm/s，涂层喷涂遍数为10～35遍。作为优选，所述喷涂原料为聚乙烯/大蒜素复合粉末，热喷涂方法采用火焰喷涂，具体喷涂参数为：助燃气为O2，压力为0.2～1.0MPa；燃气为乙炔，压力为0.05～0.4MPa；辅助气为压缩空气，压力为0.3～6.0MPa；喷涂距离为100～300mm，火焰喷枪移动速度50～400mm/s，涂层喷涂次数2～5遍。作为优选，所述喷涂原料为聚乙烯/大蒜素复合前驱体浆料，热喷涂方法采用等离子喷涂，具体喷涂参数为：等离子喷涂的电流为300～650A，电压为35～55V，喷涂距离为100～250mm，等离子喷枪移动速度为1000～1500mm/s，涂层喷涂遍数为2～10遍。本专利技术还提供了一种上述聚合物复合涂层在防海洋污损中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术采用聚合物作为一种“交联剂”，将环境友好型抗污剂包裹在自身体系中并牢固地贴附在海洋材料表面。有效地隔绝了基底与空气、氧、水分、离子的接触，延缓基材的腐蚀速率，同时兼有广谱、持续防污能力。减少了对环境的污染。2、采用热喷涂工艺制备聚合物复合涂层，其设备成本低，工艺简单，效率高，环境污染少，适合现场施工，喷涂不受工件尺寸及形状的限制，成本低，适合大面积制备。因此，该方法制备的聚合物复合涂层在耐腐蚀、防海洋污损领域具有良好的应用前景和经济效益。附图说明图1为聚乙烯的SEM表征结果；图2为大蒜粉的SEM表征结果；图3为聚乙烯/大蒜粉复合涂层PE-50％Garlic的SEM表征结果；图4为对比例1和实施例1～3制备的涂层杀革兰氏阳性菌芽孢杆菌的杀菌检测结果，其中，(a)为空白组，(b)为PE组，(c)为PE-10％Garlic组，(d)为PE-40％Garlic组，(e)为PE-50％Garlic组；图5为实施例10制备的PFA/生姜粉的复合涂层的细菌贴附SEM图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细描述。为表征本专利技术中聚合物复合涂层的性能，利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和接触角测试仪、红外(FTIR)对制备获得的涂层样品进行表征，以下是具体的性能检测方法：(1)涂层物相检本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物复合涂层，其特征在于，所述聚合物复合涂层的组成为50～90wt％的聚合物和10～50wt％的抗污剂，所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯或聚四氟乙烯，所述抗污剂为大蒜素、辣椒素、姜黄素、甲壳素、丹宁酸、酶中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物复合涂层，其特征在于，所述聚合物复合涂层的组成为50～90wt％的聚合物和10～50wt％的抗污剂，所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯或聚四氟乙烯，所述抗污剂为大蒜素、辣椒素、姜黄素、甲壳素、丹宁酸、酶中的至少一种。2.根据权利要求1所述的聚合物复合涂层，其特征在于，所述聚合物复合涂层的厚度为50～300μm。3.一种根据权利要求1或2所述的聚合物复合涂层的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：配制喷涂原料；所述喷涂原料为聚合物悬浮液或聚合物复合粉末；步骤2：基体进行表面除油和粗化处理；步骤3：将步骤1配制的喷涂原料通过热喷涂方法，在步骤2处理的基体表面喷涂形成所述的聚合物复合涂层；所述的热喷涂方法包括：火焰喷涂、超音速火焰喷涂、等离子喷涂或冷喷涂。4.根据权利要求3所述的聚合物复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述聚合物悬浮液的具体制备工艺如下：在聚合物中加入一定量的乙醇，搅拌均匀后加入抗污剂，即得所述的聚合物悬浮液。5.根据权利要求3所述的聚合物复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述聚合物复合粉末的具体制备工艺如下：将聚合物粉末进行超声波清洗，烘干后加入抗污剂，物理混合均匀得到所述的聚合物复合粉末。6.根据权利要求3所述的聚合物复合涂层的制备方法，其特征在于，所述火焰喷涂的喷涂参数为：助燃气为O2，压力为0.2～1.0MPa；燃气为乙炔，压力为0.05～0...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，刘奕，龚永锋，所新坤，黄晶，周平，李华，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33