【硕士论文】船舶纳米防污涂料的研究与应用.docxVIP

船舶纳米防污涂料的研究与应用The research and application of nano antifouling paint of the ship摘 要人类的经济活动与海洋的关系日益密切，海洋资源的开发利用离不开海上船舶运输，而目前制约海上船舶运输的最主要因素之一就是海洋污损问题。当船舶在海上航行时，水面以下的部分常常被海洋污损生物附着，极大的增加了船舶的重量，增大了航行阻力，使燃料的使用量显著升高；同时，污损生物分泌的有机酸会加速船体的腐蚀进程，减少船舶的使用寿命。为解决海洋污损问题，人们采取了很多方法，其中涂刷船舶防污涂料因经济性、有效性、易操作性，得到了最广泛的应用。但是传统的防污涂料主要依靠有毒防污剂的释放来达到防污目的，虽然防污效果不断提高，特别是有机锡自抛光防污涂料有着良好的防污性能和防污时效，但是有机锡化合物对海洋生态系统造成了很大的影响，2008年之后被完全禁止使用，所以研制低毒、无毒的新型船舶防污涂料成为人们研究的主要方向。20世纪末以来，随着对纳米材料研究的不断深入，纳米材料由于其特殊的效应被引入很多新的领域。研究表明，在防污涂料中加入纳米材料，可有效提高涂层的综合性能，同时由于纳米材料本身的抗菌性或尺度效应，在一定程度上可以抑制污损生物的附着，为研制新型的低毒、无毒船舶防污涂料提供了一个新的方向。目前纳米船舶防污涂料的研究还处于实验室阶段，在研究中主要以实验室测试为主，考虑到海洋环境的复杂性，模拟环境中得到的试验结果与实际可能有一定出入。所以本课题组为了使研究更贴近产业化需要，得到更真实的防污效果，采用实验室测试和实海测试并重的方法，选用在工业生产中更适用的电爆炸法制备了纳米Ag、Cu、Ni粉体，并用有机硅改性丙烯酸树脂作为成膜，制备了相应的自抛光纳米船舶防污涂料。在实验室中通过对纳米粉体和防污涂料进行常规性能测试，使用SEM、XRD、杀菌试验，探究了纳米粉体和涂层的性能；在实海环境中通过挂板试验、船舶使用情况得到涂层的实际防污效果。研究表明：(1) 电爆炸法制备出的纳米Ag、Cu、Ni粉， 用SEM和XRD测试表明，样品总体上粒径较小，分布较窄，形貌规则，氧化产物较少，且操作简单，适合大量生产，能满足工业使用要求。(2) 制备的涂料和涂层的常规性能能满足防污涂料的一般要求，添加纳米粒子对防污涂料的机械性能没有明显的提高；通过接触角和SEM测试，表明加入的纳米粒子很好地被基料树脂包裹住，在涂层表明形成了纳微阶层结构，出现了凹槽、突起等，增大了涂层表明的粗糙度，使液滴在涂层表面的接触角变大，润湿性降低，有助于提高涂层的防污效果。(3) 在实验室杀菌试验中，针对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，加入了纳米涂层的培养液与未加纳米涂层的培养液相比比较清澈，吸光值(OD值)也较低，说明培养液中细菌浓度较低，纳米涂层都两种细菌的生长都起到了抑制作用，其中纳米涂层对金黄色葡萄球菌的抑制作用更加明显。(4) 在海南海域进行的实海挂板试验中，未添加纳米粒子的防污涂层在海水中浸泡60d后涂层表面已经基本被藻类附着，并有牡蛎、贝类等生长繁殖；而纳米防污涂层的表面除少量淤泥外没有明显的污水生物附着，说明纳米防污涂层在海南海域中具有较好的防污性能。(5) 在实船试验中，选择了纳米Ag自抛光防污涂料作为试验样品，经过约12个月使用时间，对船舶进行观察表明，船舶外表面整体没有大型污损生物附着，基本保持了光滑平整，在水位线、扇叶等受到海水冲刷较严重的地方，防污涂料消耗较快，局部区域有牡蛎或者贝类幼体附着。总体而言纳米Ag自抛光防污涂料在实际应用中显现出较好的防污效果。关键词：纳米涂料、电爆炸法、杀菌试验、实海试验AbstractHuman economic activity is increasingly close relationship to the sea, the development and utilization of marine resources cannot leave the sea shipping, and now one of the main factors restricting the sea shipping is the Marine fouling problem. When the ship sailing on the sea, the part of the surface below the water is often attached by Marine fouling organisms, greatly increase the weight of the ship, increases the running resistance, significantly inc