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船舶節(jié)能環(huán)保涂料的應用

文檔作者：丁霞琴孔德陸文檔來源：泰州口岸船舶有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月29日
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第４３ 卷　第３ 期
２０１４ 年６ 月　　　　　　　　　　　船海工程
ＳＨＩＰ ＆ ＯＣＥＡＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　　　　　　　　　　　?。郑铮欤矗场。危铮?
Ｊｕｎ．２０１４ 　
　　
ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１-７９５３．２０１４．０３．０２２
船舶節(jié)能環(huán)保涂料的應用
丁霞琴，孔德陸
（泰州口岸船舶有限公司，江蘇泰州２２５３２１）
摘　要：對比分析幾種防污涂料在實際船舶案例中的應用，結合目前節(jié)能型涂料的市場需求及應用前景，
說明新型有機硅彈性體低表面能防污漆對船舶運營成本，以及人類環(huán)境保護的重大意義。
關鍵詞：節(jié)能環(huán)保涂料；低表面能防污涂料；應用
中圖分類號：Ｕ６６８．３　　　　文獻標志碼：Ａ　　　　文章編號：１６７１-７９５３（２０１４）０３-００８８-０３
收稿日期：２０１４ －０４ －０３
修回日期：２０１４ －０４ －１９
第一作者簡介：丁霞琴（１９７８ －），女，學士，工程師
研究方向：船舶涂裝工藝及生產(chǎn)管理
E-mail：ｄｉｎｇｘｑｋａｓｃ＠１２６．ｃｏｍ
　　２００９ 年１２ 月１８ 日“哥本哈根世界氣候大
會”之后世界工業(yè)正在向著節(jié)能減排和綠色環(huán)保
方向發(fā)展。ＶＯＣ 法規(guī)、ＲＥＡＣＨ 法規(guī)和歐盟枟殺菌
劑產(chǎn)品指南枠等相關環(huán)保法規(guī)和公約規(guī)范推動了
防腐涂料的發(fā)展。造船行業(yè)也不例外?，F(xiàn)階段我
國正處于造船大國向造船強國轉變的關鍵時期，
面對挑戰(zhàn)，深入開展節(jié)能減排技術研究，增強綜合
競爭力，促進可持續(xù)發(fā)展是當前面臨的共同任務。
船舶涂裝作業(yè)是船舶建造和維修的最大的污染
源，涂料技術是從源頭上控制環(huán)境污染和達到節(jié)
能減排目標的有效手段。
１　節(jié)能環(huán)保涂料的類型及特點
1．1　水性涂料
水性涂料是以水取代部分有機溶劑的一種涂
料。當前使用的水性涂料還含有一定量的醇類或
醚類等作為溶劑或者助溶劑，但其含量僅為溶劑
型的１／４ ～１／７，具有很低的ＶＯＣ 和ＨＡＰ，減少大
氣污染，節(jié)約石油資源，是很好節(jié)能環(huán)保涂料。但
水性涂料顏料分散性較溶劑型涂料差，會影響其
耐候性；對工件表面的潤濕性差，漆膜容易產(chǎn)生弊
病；蒸發(fā)潛熱是一般溶劑３ ～７ 倍，蒸發(fā)速度慢，閃
干時間長或需要低溫烘干；對施工環(huán)境的溫度、濕
度和空氣流速要求嚴格，施工難度大。船舶行業(yè)
中目前除在大型游船和客滾船的室內(nèi)居住艙室使
用水性涂料外，其它的海洋工程船、貨船、油船等
９５％以上的船舶都很少使用該類涂料。由于水溶
劑在０ ℃以下不能施工，北方船廠無法在秋冬季
節(jié)施工該類型涂料。但涂料水性化仍然是節(jié)約資
源、消除對人類健康影響和保護環(huán)境的一個主要
導向［１］ 。1．2　功能性涂料
船舶的金屬結構和海洋復雜環(huán)境使船舶上的
工作和居住條件相當不好，為改善船舶內(nèi)的生活
和工環(huán)境，必須動用大量設備和工具以達到很好
的效果。目前最常用的是熱反射型船殼涂料、甲
板涂料和隔熱涂料。此類型涂料可以大大減少太
陽的熱效應，從而減少空調(diào)運營等相關成本。此
類型涂料問題是：ＶＯＣ 控制比較困難，節(jié)能效果
評定技術和指標難以確定，不能很直觀地看到節(jié)
能效果而難以被推廣。1．3　防污涂料
當前的污損控制涂層解決方案限制了船舶的
運營模式，船舶在停航閑置期間會產(chǎn)生大量的污
垢?，F(xiàn)今對于污損控制要求越來越高，船舶防污
涂料是船舶涂料中最特殊和最重要的品種，也是
保護海洋環(huán)境最直接的船舶涂料。目前防污節(jié)能
環(huán)保涂料主要有：低表面能防污涂料（低摩擦力
防污涂料）和仿生型防污涂料。
２　節(jié)能環(huán)保型防污涂料的原理
2．1　低表面能防污涂料
目前國際知名的各大涂料公司前段低表面能
防污涂料主要為低摩擦力的含有機硅、氟防污涂
料，其主要原理如下。
１） 有機硅樹脂中主鏈Ｓｉ—Ｏ 鏈的鍵解
（４４３暢５ ｋＪ／ｍｏｌ） 遠高于Ｃ—Ｏ 鍵（３５１ ｋＪ／ｍｏｌ）、
Ｃ—Ｃ 鍵（３４７ ｋＪ／ｍｏｌ），加上硅的原子半徑比碳的
８８
船舶節(jié)能環(huán)保涂料的應用———丁霞琴，孔德陸
要大，Ｓｉ—Ｏ 鍵對Ｓｉ—Ｃ 鍵有一定的空間保護作
用，因此Ｓｉ—Ｏ 鍵的高鍵能賦予了有機硅樹脂突
出的耐高溫性能遠優(yōu)于一般有機樹脂。由于有機
硅樹脂中的甲基朝外排列可以圍繞Ｓｉ—Ｏ 鍵旋
轉，分子間作用力極小，導致有機硅樹脂具有很低
的表面能及表面張力［２］ 。
２）氟樹脂是一種結晶性高分子聚合物，具有
很低的表面能，化學性能穩(wěn)定，即使在高溫下，濃
酸、濃堿、強氧化劑、及大多數(shù)有機溶劑對它也不
起作用，不會產(chǎn)生任何質(zhì)量變化或膨脹現(xiàn)象；具有
優(yōu)異的耐高、低溫性，能夠長期在－１９５ ～２５０ ℃
之間使用。因此，可以用氟樹脂與其它有機硅樹
脂及適量配合劑制成具有高性能、多用途的防粘
涂層［３］ 。
３）低摩擦力的硅酮涂層泡入水中后，硅酮與
水之間形成一個水凝膠微層，形成物理型污損防
御．水凝膠微層中的殺菌劑激發(fā)了水凝膠的活
性，被殺菌劑激發(fā)的水凝膠增強了防污作用，大幅
延長了無污垢期，并有效提高了燃油效率。涂層
的高效表面防污機理可減少高效殺菌劑的用量，
能有效保持海域環(huán)境中的生物膜不受破壞，對海
洋環(huán)境的影響更小。2．2　仿海洋生物防污涂料
海洋生物大多具有抵制附著海生物的作用。
大型哺乳動物如海豚的表皮能分泌出特殊黏液，
形成親水的低表面能，使海生物難以附著。具有
微相分離結構的醫(yī)用高分子是理想的抗凝血材
料，具有微相分離結構的涂層同樣可能是一種理
想的抗污損材料。各國科學家對大型海洋生物的
表皮結構、海洋活性防污損物質(zhì)等做了大量研究，
這些研究一方面尋找高分子防污材料，對一些生
物的表皮狀態(tài)進行模仿，賦予涂層特殊表面能；另
一方面尋找天然防污劑。美國佛羅里達大學材料
科學研究小組就根據(jù)鯊魚的表皮原理研制了一種
對環(huán)境無害的房屋涂料。表面由無數(shù)細小的菱形
凸起物組成，在顯微鏡下可以清晰地看出其圖案
組成，在試驗室測試中該仿生物涂料的防污、減助
效果明顯。
３　低表面能防污涂料的節(jié)能環(huán)保特點
１）節(jié)能，無毒，環(huán)保。目前自拋光防污漆是
以氧化亞銅為主要防污劑，雖然現(xiàn)已成為船舶防
污涂料的主流，但在一些國家和類型的船舶上應
用受到限制，因為它需要不斷向環(huán)境釋放有害物
質(zhì)，不像有機殺生物劑可以自然將解。防污劑滲
出率的評定技術和降低船體表面摩擦力的性能評
定技術正在發(fā)展之中，它將用數(shù)據(jù)支撐有機硅低
表面能防污涂料優(yōu)勢。
表１ 為６４ ０００ ｔ 散貨船在５ 年營運期內(nèi)防污
劑和固體有害物質(zhì)排放總量對比。
表1　64 000 t 散貨船在5 年營運期內(nèi)防污劑和固體有害物質(zhì)排放總量對比
對比項
自拋光
防污漆／Ｌ
有機硅彈性體
低表面能防污漆／Ｌ
兩種防污漆
總量比
單船防污漆總用量 ４ ８４０ ２ ５６０ １．７ 倍 防污劑釋放量 ５８２ ３６ １６ 倍 不能自行將解有機物質(zhì)總量 ４ １８３ ７５ ５５ 倍 固體物質(zhì)自行降解率 １４％ ９５％ ６．８ 倍 　　由表１ 可見，有機硅彈性體低表面能防污漆
的節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢所在。對于油漆廠家而言，由
于底表面能涂料的作用機理幾乎沒有化學物質(zhì)的
釋放，它不含任何毒料，不受當前國際環(huán)境法規(guī)和
公約的限制，是目前最為節(jié)能環(huán)保的涂料之一。
２）揮發(fā)性有機物質(zhì)含量（ＶＯＣ）低。低表面
能防污涂料一般固體份含量比較高，一般都在
７０％以上，相對ＶＯＣ 含量就很低，對工人施工作
業(yè)環(huán)境、工人職業(yè)健康和環(huán)境保護的負面影響都
較小。
３）自拋光和長期靈活性。普通自拋光防污
涂料能夠在船舶保持一定航運速度時不粘附海生
物，或者在粘附后可以容易地自動清洗，保持船底
表面的光滑性，達到表面自清潔。但是在船舶閑
置期由于沒有一定航速而產(chǎn)生了大量海生物附
著。含硅酮的低表面能防污涂料可以保持船體表
面長期的活力，表面的靈活水凝膠的殺滅效果使
得船體表面特別光滑，能夠維持更長的潔凈時間
而生物膜不受破壞，對海洋環(huán)境影響更小。
４）保護周期長。低表面能防污涂料一般是５
年有效期，５ 年以后，由于使用中有一定損傷需要
重新修補，修補后又可以獲得５ 年的有效保護期。
而普通自拋光防污涂料基本５ 年后需要重新涂
裝，施工量較大。
８９
第３ 期船　海　工　程第４３ 卷
４　實驗及實例對比
泰州口岸船舶有限公司聯(lián)合某國際品牌油漆
公司對建造的同類型兩條３８ ０００ ｔ 雜貨船外板使
用不同防污涂料情況下的燃油及成本進行對比，一
條船使用普通自拋光防污漆，另外一條使用新型有
機硅彈性體低表面能防污漆，各項指標見表２ ～４。
表2　38 000 t 散貨船使用兩種防污漆用量及成本對比
對比項
自拋光
防污漆
有機硅彈性體
低表面能防污漆
差　額
單船油漆用量／Ｌ ７ ３８０ ６ １８０ －１ ２００ 單船油漆費用／元 ７０１ １００ ３ ３４５ ６００ ＋２ ６４４ ５００ 表3　柴油單價5 800 元、日用量18暢2 t 時38 000 t
散貨船5 年油耗節(jié)約成本對比（全年運行292 天）
節(jié)約率／％ 節(jié)約成本／元
２ ３ ０８２ ３５２ ４ ６ １６４ ７０４ ６ １２ ３２９ ４０８ ８ ２４ ６５８ ８１６ 表4　兩種防污漆5 年維護期內(nèi)實驗室模擬
年節(jié)約油耗對比
時間
自拋光防污
漆年油耗／ｔ
低摩擦力防
污漆年油耗／ｔ
節(jié)約率
／％
第１ 年 ５ ４６０ ５ ０１２ ８．２ 第２ 年 ５ ４９８ ５ ０１４ ８．８ 第３ 年 ５ ５１０ ５ １２３ ７．０ 第４ 年 ５ ５４４ ５ １０８ ７．８ 第５ 年 ５ ６５２ ５ １９８ ８．０ 平均 ７．９６
　　由表２ ～４ 可見，該船單從節(jié)能角度分析，節(jié)
能２％的涂料其成本節(jié)約持平，但目前新型有機
硅彈性體低表面能防污漆的平均節(jié)能可達到８％
左右，可想其經(jīng)濟效率是多么高，其節(jié)能環(huán)保效果
是十分顯著的。
５　結論
使用有機硅彈性體低表面能防污漆，運營船
舶可以節(jié)約燃油成本８％左右，而且船舶航行速
度和效率得到增加；另外，可避免海洋船舶在航
行中由于海生物大量纏繞而可能發(fā)生的事故
率。在船舶３ ～５ 年后再次進塢時，船體外板部
位的表面海生物附著減少，表面防污漆的完整
保留率大大增加，表面差距明顯。但是目前因
該防污漆價格昂貴，節(jié)能效果在船舶營運過程
沒有被關注，效能難以評定等，多方面因素制約
了其廣泛應用。船舶涂裝節(jié)能環(huán)保工作是一項
長期任務，需要所有涂裝從業(yè)人員共同努力，推
動其不斷向前發(fā)展。
參考文獻
［１］ 樂惠明．水性涂料在汽車工業(yè)中的應用與認識［Ｊ］．
涂料工業(yè)，２００９，１７（３）：２５-２９．
［２］ 楊文杰．含硅涂料存在的問題與對策及發(fā)展趨勢
［Ｊ］．國外建材科技，２００４，２５（４）：１２-１７．
［３］ 楊文杰，李吉英．節(jié)能涂料在船舶中的應用［Ｊ］．涂料
工業(yè)，２０１０，１６（１）：１５-１８．
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓａｖｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｈｉｐ Ｃｏａｔｉｎｇ DING Xia-qin， KONG De-lu
（Ｔａｉｚｈｏｕ Ｋｏｕ摧ａｎ Ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃｏ．Ｌｔｄ．， ＴａｉＺｈｏｕ Ｊｉａｎｇｓｕ ２２５３２１， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｓｈｉｐ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ａｎａ -
ｌｙｚｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｍａｒｋｅｔ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ， ｔｈｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｗ ｏｒｇａｎｉｃ-ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｅａｌｉｏｎ ｒｅｐｕｌｓｅ
ｓｈｉｐ ａｎｔｉ-ｆｏｕｌｉｎｇ ｃｏａｔｉｎｇ ｗａｓ ｅｘｐｌａｉｎｅｄ ｆｏｒ ｓｈｉｐ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ．
Key words： ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｏａｔｉｎｇ ； ｓｅａｌｉｏｎ ｒｅｐｕｌｓｅ ｓｈｉｐ ａｎｔｉ-ｆｏｕｌｉｎｇ ｃｏａｔｉｎｇ； ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
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