一种仿生柔性复合减阻涂料及其制备方法

本发明属于水下减阻涂层领域，具体涉及一种仿生柔性复合减阻涂料及其制备方法。

背景技术：

1、在流体中物体主要受到的阻力有压差阻力、兴波阻力和摩擦阻力，其中摩擦阻力在物体运动中占主要地位。随着海洋竞争的日益激烈，涉水航行器的综合性能亟须进一步提升，而减小航行器的摩擦阻力具有提高航速、增大航程、节约能耗等重大工程意义。

2、对于海洋中的运动体，鱼类身体为流线型，全身布满黏液，在水中浮力作用下可以快速游动。众多工作人员受鱼类体表减阻原理启发开展减阻工作，涉水航行器采用流线型设计，但仍不能满足人们对航行器速度的要求，仿生减阻涂层成为研究热点。

3、目前公开的仿生减阻涂层在弹性聚氨酯层中引入带有亲水荷电基团长链段的导热纳米片使得涂层弹性、导热、亲水性能兼备。其制备方法为先制备功能分a、预聚体b、助剂c，再按比例混合固化制得长效复合减阻涂层。但该涂层制备过程中使用大量的乙酸乙酯、甲苯和异丙醇等挥发性有机化合物作为溶剂，对大气环境和人体健康有严重危害。因此，现有技术存在污染环境、危害人体健康、制备工艺繁琐的问题。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：

2、为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种仿生柔性复合减阻涂料及其制备方法，能够减小航行器航行阻力，从而实现增航提速、节约能耗，因此本发明解决目前仿生减阻涂层污染环境的问题，具有减阻效果优异、绿色环保且制备工艺简单的特征。

3、本发明的技术方案是：一种仿生柔性复合减阻涂料，包括水性环氧树脂乳液、高分子聚合物、固化剂、助剂；其中，水性环氧树脂乳液、高分子聚合物、固化剂的质量比为(40-100):(1-20):(5-25)。

4、本发明的进一步技术方案是：所述水性环氧树脂乳液是一种以环氧树脂为主要组分，经过乳化处理后形成的水性分散液体，为乳白色均匀流体，密度为1.05g/cm3，voc含量为0g/l，粒径大小≤0.3μm。

5、本发明的进一步技术方案是：所述高分子聚合物为聚丙烯酰胺、瓜尔胶、黄蓍胶、刺槐豆胶及阿拉伯胶中一种或几种，粒径大小为125-170μm。

6、本发明的进一步技术方案是：所述固化剂为水溶性改性环氧多胺加成物固化剂，以水为稀释剂，不含醇醚类溶剂或助溶剂，常温下粘度为6500-9000mpa·s，密度为1.05-1.08g/cm3。

7、本发明的进一步技术方案是：所述助剂为流平剂、助成膜剂、消泡剂、分散剂、增稠剂及润湿剂中的一种或几种。

8、一种仿生柔性复合减阻涂料的制备方法，具体步骤如下：

9、步骤1：将称取的定量高分子聚合物缓慢加入盛有水的烧杯中，搅拌至全部高分子聚合物完全加入；再将称取的定量固化剂加入烧杯中，持续搅拌使高分子聚合物与固化剂充分发生开环反应，将高分子聚合物接枝到固化剂上；

10、步骤2：将称取的定量水性环氧树脂乳液与助剂加入烧杯中，搅拌至水性环氧树脂和固化剂均匀混合；

11、步骤3：将搅拌均匀的混合物分装于离心管中，使用离心机去除颗粒和杂质，制得仿生柔性复合减阻涂料。

12、本发明的进一步技术方案是：所述高分子聚合物加入水中的搅拌速度为400r/min。

13、本发明的进一步技术方案是：所述固化剂加入融有高分子聚合物的水中的搅拌速度为100r/min，搅拌时间为1h。

14、本发明的进一步技术方案是：所述水性环氧树脂乳液与助剂加入烧杯加入后的搅拌速度为100r/min，搅拌时间为1h。

15、一种仿生柔性复合减阻涂料的应用，将所述仿生柔性复合减阻涂料涂刷于航行器表面，以减小航行器航行阻力。

16、有益效果

17、本发明的有益效果在于：

18、本发明使用水作为溶剂，避开了常规减阻涂料使用醇类、醚类与二甲苯等有机溶剂方法；此外，本发明使用水性环氧树脂作为成膜材料，水溶性改性环氧多胺加成物作为固化剂，voc含量低至0；本发明使用低voc含量的材料和溶剂，在源头上解决了传统溶剂型减阻涂料挥发性有机物含量高、污染大气环境和危害人体健康等问题。

19、本发明所使用高聚物分子为改性材料，用共混合接枝共聚反应的方法将高分子聚合物接枝到水性环氧树脂固化剂上，待涂层固化后，涂层表面高聚物与流场接触使得涂层表面具有假塑性，从而实现减阻；本发明制备工艺简单，能极大节省时间和人力物力。

20、本发明提供水性环氧树脂乳液、高分子聚合物和固化剂的质量比为减阻涂层有效质量比，水性环氧树脂乳液超出范围可能导致涂层固化率过低或高聚物无法全部溶解出现凝胶状结构不能获得理想减阻率，固化剂超出范围可能导致涂层固化率过低或过高不能获得理想减阻率，高分子聚合物超过范围可能导致涂层表面聚合物较少减阻率不理想或者溶液出现凝胶状结构难以溶解。

技术特征：

1.一种仿生柔性复合减阻涂料，其特征在于：包括水性环氧树脂乳液、高分子聚合物、固化剂、助剂；其中，水性环氧树脂乳液、高分子聚合物、固化剂的质量比为(40-100):(1-20):(5-25)。

2.根据权利要求1所述一种仿生柔性复合减阻涂料，其特征在于：所述水性环氧树脂乳液是一种以环氧树脂为主要组分，经过乳化处理后形成的水性分散液体，为乳白色均匀流体，密度为1.05g/cm3，voc含量为0g/l，粒径大小≤0.3μm。

3.根据权利要求1所述一种仿生柔性复合减阻涂料，其特征在于：所述高分子聚合物为聚丙烯酰胺、瓜尔胶、黄蓍胶、刺槐豆胶及阿拉伯胶中一种或几种，粒径大小为125-170μm。

4.根据权利要求1所述一种仿生柔性复合减阻涂料，其特征在于：所述固化剂为水溶性改性环氧多胺加成物固化剂，以水为稀释剂，不含醇醚类溶剂或助溶剂，常温下粘度为6500-9000mpa·s，密度为1.05-1.08g/cm3。

5.根据权利要求1所述一种仿生柔性复合减阻涂料，其特征在于：所述助剂为流平剂、助成膜剂、消泡剂、分散剂、增稠剂及润湿剂中的一种或几种。

6.一种权利要求1-5任一项所述仿生柔性复合减阻涂料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

7.根据权利要求6所述仿生柔性复合减阻涂料的制备方法，其特征在于：所述高分子聚合物加入水中的搅拌速度为400r/min。

8.根据权利要求6所述仿生柔性复合减阻涂料的制备方法，其特征在于：所述固化剂加入融有高分子聚合物的水中的搅拌速度为100r/min，搅拌时间为1h。

9.根据权利要求6所述仿生柔性复合减阻涂料的制备方法，其特征在于：所述水性环氧树脂乳液与助剂加入烧杯加入后的搅拌速度为100r/min，搅拌时间为1h。

10.一种仿生柔性复合减阻涂料的应用，其特征在于：将权利要求6所述仿生柔性复合减阻涂料的制备方法制备的涂料涂刷于航行器表面，以减小航行器航行阻力。

技术总结
本发明一种仿生柔性复合减阻涂料及其制备方法，属于水下减阻涂层领域；所述仿生柔性复合减阻涂料包括水性环氧树脂乳液、高分子聚合物、固化剂、助剂；其中，水性环氧树脂乳液、高分子聚合物、固化剂的质量比为(40‑100):(1‑20):(5‑25)。本发明能够减小航行器航行阻力，从而实现增航提速、节约能耗，因此本发明解决目前仿生减阻涂层污染环境的问题，具有减阻效果优异、绿色环保且制备工艺简单的特征。

技术研发人员：谢络,林冰,胡海豹,李正,文俊,黄潇,杜鹏,陈效鹏
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23