一种发气性涂料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及功能涂料技术领域，具体涉及一种发气性涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

航行体长时间与海水或淡水接触，尤其是在海水中航行时，甲壳等水生动物和海藻附着于航行体上并繁殖，会引起流体动力学阻力的增加，造成能耗的浪费以及航行体本身的消耗。

目前，减小航行体阻力的方法主要为优化航行体的流线型以减少形状阻力。但是上述方普遍存在无法清除水生动物和海藻的附着的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种发气性涂料及其制备方法和应用。本发明提供的发气性涂料遇水能够产生大量的气泡，减少航行体的航行阻力，显著提高航行体的速度。本发明提供的制备方法操作简单，成本低，适宜工业化生成。

本发明的目的是这样实现的：

一种发气性涂料，制备原料包括以下组分：催化剂、粘结剂和发气助剂；所述发气助剂包括硼氢化钠；或者包括碳酸氢钠和柠檬酸的混合物。

所述催化剂、粘结剂和发气助剂的质量比为(1～2)：(1～3)：(15～18)；

所述催化剂包括氯化钴、钴或三氧化二铝；或者包括钴和三氧化二铝的混合物；

所述催化剂的粒度为0.1～50μm；

所述粘结剂包括环氧树脂粘结剂、乙烯树脂粘结剂、聚氨酯粘结剂、橡胶粘结剂、丙烯酸酯粘结剂或酚醛树脂粘结剂。

一种发气性涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：称量环氧树脂，占总质量10％，放入搅拌器皿中；

步骤二：对搅拌器皿进行水浴加热并保持温度稳定；

步骤三：称量无水氧化钴和硼氢化钠，所述无水氧化钴占总质量10％，所述硼氢化钠占总质量80％；

步骤四：将称量好的无水氧化钴和硼氢化钠加入到搅拌皿中并混合均匀；

步骤五：将混合物进行搅拌，停止搅拌后取出混合物，得到发气性涂料。

所述步骤二中水浴加热的温度为48～52℃。

所述步骤五中搅拌的时间为60～80min。

一种发气性涂料在降低航行体的航行阻力中的应用，将所述发气性涂料在航行体表面进行涂膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种发气性涂料，制备原料包括以下组分：催化剂、粘结剂和发气助剂所述发气助剂包括硼氢化钠；或者包括碳酸氢钠和柠檬酸的混合物。在本发明中，粘结剂在水和催化剂存在条件下，能够发生聚合反应，产生具有长链结构的聚合物，起到粘接作用，从而提高发气性涂料与航行体之间的粘结力。硼氢化钠与水发生反应能够产生大量氢气；所述碳酸氢钠和柠檬酸在水中发生反应，能够生成大量的二氧化碳；生成的氢气或二氧化碳均有利于航行体航行过程中超空泡的形成和维持，能够降低航行体的前进阻力；进而显著提高航行体的航速。如实施例结果所示，本发明提供的发气性涂料在有效期内可以将航行体航速提高近56％。

附图说明

图1是实施例1的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明提供了一种发气性涂料，制备原料包括以下组分：催化剂、粘结剂和发气助剂；

所述发气助剂包括硼氢化钠；或者包括碳酸氢钠和柠檬酸的混合物。

优选的，所述催化剂、粘结剂和发气助剂的质量比为(1～2)：(1～3)：(15～18)。

优选的，所述催化剂包括氯化钴，钴或三氧化二铝；或者包括钴和三氧化二铝的混合物。

优选的，所述催化剂的粒度为0.1～50μm。

优选的，所述粘结剂包括环氧树脂粘结剂、乙烯树脂粘结剂、聚氨酯粘结剂、橡胶粘结剂、丙烯酸酯粘结剂或酚醛树脂粘结剂。

本发明提供了上述技术方案所述发气性涂料的制备方法，包括以下步骤：将催化剂、粘结剂和发气助剂混合，得到发气性涂料。

优选的，所述混合的温度为48～52℃；所述混合的时间为60～80min。

本发明提供了上述技术方案所述的发气性涂料或上述技术方案所述制备方法制备的发气性涂料在降低航行体的航行阻力中的应用。

优选的，所述发气性涂料的使用方法为：将所述发气性涂料在航行体表面进行涂膜。

本发明提供了一种发气性涂料，制备原料包括以下组分：催化剂、粘结剂和发气助剂；所述发气助剂包括硼氢化钠；或者包括碳酸氢钠和柠檬酸的混合物。

在本发明中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。

在本发明中，所述催化剂优选包括氯化钴，钴或三氧化二铝；或者优选包括钴和三氧化二铝的混合物，更优选为氯化钴。在本发明中，所述氯化钴优选为无水氯化钴。在本发明中，所述催化剂的粒度优选为0.1～50μm，更优选为5～40μm，最优选为10～30μm。本发明通过控制催化剂的粒度有利于保证聚合反应的反应速率。

在本发明中，所述粘结剂优选包括环氧树脂粘结剂、乙烯树脂粘结剂、聚氨酯粘结剂、橡胶粘结剂、丙烯酸酯粘结剂、酚醛树脂粘结剂优选包括环氧树脂和/或乙烯类树脂，更优选包括环氧树脂粘结剂、乙烯树脂粘结剂。在本发明中，所述环氧树脂粘结剂优选包括3218环氧树脂粘结剂、3234环氧树脂粘结剂和3235环氧树脂粘结剂中的一种或几种。本发明对于所述乙烯类树脂粘结剂、聚氨酯粘结剂、橡胶粘结剂、丙烯酸酯粘结剂、酚醛树脂粘结剂的具体种类没有特殊限定，采用本领域熟知的粘结剂即可。在本发明中，所述粘结剂在水和催化剂存在条件下，能够发生聚合反应，产生拥有长链结构的聚合物，起到粘接作用，从而提高发气性涂料与航行体之间的粘结力。

在本发明中，所述碳酸氢钠和柠檬酸的摩尔比优选为(3～4)：1，更优选为3:1。

在本发明中，所述硼氢化钠与水发生反应能够产生大量氢气；所述碳酸氢钠和柠檬酸在水中发生反应，能够生成大量的二氧化碳；产生的氢气或二氧化碳气体形成小型空泡，小型空泡汇合形成较大的气体空腔，将航行体与水接触的部分包住，物体接触的介质就由水变成了氢气或二氧化碳气体，随着航行体速度的增大，大量的氢气或二氧化碳气体的气泡在一起形成超空泡，使得航行体在氢气或二氧化碳气体介质中航行。由于气体密度只有水的1/800，气体的黏性也远低于水，所以氢气或二氧化碳对航行体表面产生的摩擦力远低于水对航行体表面产生的摩擦力，进而大幅减少航行体航行过程中所受的阻力，显著提高航行体的航行速度。

在本发明中，所述催化剂、粘结剂和助剂的质量比优选为(1～2)：(1～3)：(15～18)，更优选为(1.5～2)：(1.5～2.5)：(15～17)，最优选为2：2：16。

本发明提供了上述技术方案所述发气性涂料的制备方法，包括以下步骤：将催化剂、粘结剂和发气助剂混合，得到发气性涂料。

在本发明中，所述混合的方式优选为加入粘结剂，然后依次加入催化剂和发气助剂。在本发明中，所述混合优选在搅拌条件下进行，本发明对于所述搅拌的速度没有特殊限定，采用本领域熟知的搅拌速度即可。在本发明中，所述混合的温度优选为48～52℃，更优选为49～51℃，最优选为50℃。在本发明中，所述混合优选在热水浴中进行。在本发明中，所述混合的时间优选为60～80min，更优选为60～72min，最有选为60min。

本发明还提供了上述技术方案所述的发气性涂料或上述技术方案所述制备方法制备的发气性涂料在航行体表面的应用。

在本发明中，所述发气性涂料的使用方法优选为：将所述发气性涂料在航行体表面进行涂膜。本发明对于所述涂膜的方式和操作没有特殊限定，采用本领域熟知的涂膜方式和操作即可。在本发明中，所述涂膜后所得涂层的厚度优选根据航线距离远近进行选择，具体如20～30mm，更优选为20～25mm。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

按照图1所示的工艺流程图制备气性涂料，包括以下步骤：

在50℃的水浴条件下，将10g环氧树脂加入到搅拌器皿中进行搅拌，待温度达到50℃时，依次加入10g粒度为20μm的无水氯化钴和80g硼氢化钠，继续搅拌1h后取出所得涂料，得到发气性涂料。

实施例2

在50℃的水浴条件下，将8g环氧树脂加入到搅拌器皿中进行搅拌，待温度达到50℃时，依次加入15g粒度为35μm的无水氯化钴和77g硼氢化钠，继续搅拌1h后取出所得涂料，得到发气性涂料。

测试例

将实施例1制备的发气性涂料在水下航行体模型的表面进行涂膜(膜厚度为20mm)，为实验组；水下航行体模型的表面没有涂膜，为对照组。

将实验组与对照组的水下航行体模型水平放置在水中，使水下航行体模型2m/s初初速度，仅依靠惯性前行，测量航行距离为4m的位置时两组模具的瞬时速度，实验组与对照组各平行测试五组，实验组在4m位置时的平均瞬时速度为1.85m/s，对照组在4m位置时的平均瞬时速度为1.18m/s。表明，相对于表面未进行涂覆发气性涂料处理相比，涂覆本发明制备的发气性涂料后，水下航行体的航行速度可提高57％，本发明提供的发气性涂料能够显著提高水下航行体得航行速度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

综上所述：本发明提供了一种发气性涂料及其制备方法和应用，属于功能涂料技术领域。本发明提供的发气性涂料，制备原料包括以下组分：催化剂、粘结剂和发气助剂；所述发气助剂包括硼氢化钠；或者包括碳酸氢钠和柠檬酸的混合物。其中，粘结剂在水和催化剂存在条件下，能够发生聚合反应，产生拥有长链结构的聚合物，起到粘接作用，从而提高发气性涂料与航行体之间的粘结力。硼氢化钠与水发生反应能够产生大量氢气；所述碳酸氢钠和柠檬酸在水中发生反应，能够生成大量的二氧化碳；均有利于航行体超空泡的形成和维持，能够降低航行体的前进阻力，进而显著提高航行体的航速。