用于利用水中氣體潤滑功能的摩擦阻力減少船舶的涂料組合物、由該組合物形成的涂膜 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要設(shè)及用于利用水中氣體潤滑功能的摩擦阻力減少船舶的涂料組合物、 由該組合物形成的涂膜、用該涂膜被覆的船舶、該船舶的制造方法、預(yù)測上述摩擦阻力減少 效果的方法、用于上述摩擦阻力減少效果的預(yù)測的裝置W及用于上述摩擦阻力減少船舶的 摩擦阻力減少系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在航行的船舶中，由于波浪的產(chǎn)生而造成的波浪阻力、由于船底的形狀而產(chǎn)生的 壓力形狀阻力和由于水的粘性而產(chǎn)生的摩擦阻力（水流摩擦阻力）發(fā)生作用。波浪阻力 和形狀阻力由于迄今為止的研究而被大幅減少，但摩擦阻力占到船體全部阻力的60%~ 80%，為了節(jié)省能量而希望減少摩擦阻力。作為上述水流摩擦阻力的減少方法，提出并研究 了在船底供給空氣的空氣潤滑法和在海水等流體中添加聚合物的方法（利用湯姆斯效應(yīng) 的方法），前者在船舶上的實(shí)用化正在開展。
[0003] 例如，專利文獻(xiàn)1~4中，公開了通過涂覆劑等對船底表面進(jìn)行處理，對船底表面 賦予拒水性，保持氣泡或空氣層，減少摩擦阻力的方法。該些方法中任一種均是對形成了特 定疏水性涂膜的船底供給空氣，用空氣層覆蓋該船底表面，利用空氣潤滑效果減少摩擦阻 力的方法。
[0004] 該疏水性涂膜通過涂覆劑中含有的疏水性（微）粒子和疏水性粘合劑樹脂而形 成，具有與空氣親和性高的疏水性凸凹粗趟面。具有疏水性凸凹粗趟面的疏水性涂膜 下稱為"疏水性凹凸涂膜"）呈現(xiàn)高拒水性，該高拒水性來源于在空氣中空氣對凹部的附著、 作為空氣層被保持，W及凸部的表面自由能量小。然而，該樣的疏水性凹凸涂膜在水中經(jīng)時(shí) 變化，其拒水性消失，空氣親和性也消失。尤其在航行的船舶船底中，該經(jīng)時(shí)變化顯著。即， 由于空氣（氣體分子）和疏水性凹凸涂膜（表面構(gòu)成分子）的分子間相互作用力小，因此 慢慢地水（分子）浸入該凹部中，空氣被排除。將該現(xiàn)象作為"浸潰浸潤"進(jìn)行說明。在疏 水性凹凸涂膜表面上存在水流的情況下，空氣的排除進(jìn)一步得到促進(jìn)。如果水浸入該疏水 性凹凸涂膜的凹部中，空氣（層）被排除，則即使對該表面重新供給空氣，也由于水（分子） 的凝集能量和質(zhì)量壓倒性地大于空氣，而使空氣不能浸入疏水性凹凸涂膜的凹部。目P，空氣 (層）保持性能不會(huì)恢復(fù)。因此，疏水性凸凹涂膜由于在空氣中于凹部形成空氣層而呈現(xiàn)空 氣親和性，但由于在水中浸入凹部的水覆蓋涂膜表面而變?yōu)橛H水性，導(dǎo)致與空氣的親和性 消失。
[0005] 此外，疏水性凹凸涂膜的凝集能量（表面自由能量）小，機(jī)械強(qiáng)度也小。因此，該 樣的疏水性凹凸涂膜脆弱而缺乏附著性，由于航行中的水流作用等，上述微?；蚴杷园?凸涂膜從船底表面剝離、脫落，由于該疏水性凹凸涂膜而導(dǎo)致空氣保持性能下降。
[0006] 而且，上述疏水性凸凹涂膜沒有防污性能。從防止由于船舶停泊時(shí)的水中生物附 著而船底表面的污損導(dǎo)致船底表面的粗趟度變大、摩擦阻力增大的觀點(diǎn)考慮，希望在船底 形成的涂膜具有防污性。專利文獻(xiàn)5中記載了為了使凸凹表面具有防污性，按照使氧化性 氣體或氧化性液體在船底流動(dòng)的方式向海中供給該些氣體或液體，但難W使船底表面整體 常時(shí)地處于該氣氛下，而且由于有氧化性氣體或氧化性液體導(dǎo)致海洋污染之憂而缺乏實(shí)用 性。
[0007] 因此，上述現(xiàn)有技術(shù)作為長期使用的船舶的摩擦阻力減少方法不能認(rèn)為是有效 的。
[0008] 此外，如專利文獻(xiàn)6所述，已知W膜表面的水的接觸角來判斷摩擦阻力的減少效 果的方法，但該樣的方法并不能夠說可W良好的精度反映了水中的涂膜表面上的氣泡的狀 態(tài)或行為等。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)
[0011] 專利文獻(xiàn)1 ;日本專利第2890340號公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)2 ;日本專利特開平08-268380號公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)3 ;日本專利特開平10-273617號公報(bào)
[0014] 專利文獻(xiàn)4 ;日本專利特開平11-131007號公報(bào)
[0015] 專利文獻(xiàn)5 ;日本專利特開平09-262563號公報(bào)
[0016] 專利文獻(xiàn)6 ;日本專利特開2003-277691號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0018] 如上所述，現(xiàn)有技術(shù)通過對具有空氣親和性的疏水性凸凹涂膜注入空氣，使該涂 膜保持空氣層、呈現(xiàn)摩擦阻力減少效果，但在水中疏水性凸凹涂膜的表面經(jīng)時(shí)變化，變?yōu)橛H 水性，與空氣的親和性消失，如上所述的摩擦阻力減少效果下降。而且，由于該疏水性凸凹 涂膜沒有防污性能，因此存在由于微生物等的污損而涂膜的粗趟度顯著變大、摩擦阻力增 大的傾向。
[0019] 此外，還嘗試了對船底供給大量的空氣，使摩擦阻力減少效果持續(xù)的方法，但該空 氣的供給需要較大動(dòng)力，與由于摩擦阻力減少而得到的節(jié)能效果相抵，沒有實(shí)用性。
[0020] 此外，在進(jìn)行上述研究時(shí)，如果有更簡便地預(yù)測利用涂膜在水中的空氣潤滑功能 的摩擦阻力減少效果的方法、可用于上述預(yù)測的裝置，則是有用的。
[0021] 鑒于上述情況，本發(fā)明的第一課題是提供可形成在水中長期持續(xù)與空氣等氣體的 親和性、W少量的空氣供給達(dá)到高摩擦阻力減少效果、且航行中和靜置條件下都具有防污 功能的涂膜的涂料組合物，由該組合物形成的涂膜、形成有該涂膜的摩擦阻力減少船舶W 及該摩擦阻力減少船舶的制造方法。
[0022] 本發(fā)明的第二課題是提供可形成在水中長期持續(xù)與空氣等氣體的親和性、不對空 氣的供給導(dǎo)入較大動(dòng)力的情況下流體摩擦阻力減少效果也大、經(jīng)濟(jì)且對環(huán)境的影響少的涂 膜的涂料組合物，由該組合物形成的涂膜，形成有該涂膜的摩擦阻力減少船舶，該摩擦阻力 減少船舶的制造方法，和預(yù)測利用涂膜在水中的氣體潤滑功能的摩擦阻力減少效果的方法 W及用于上述預(yù)測的裝置。
[0023] 此外，本發(fā)明的第=課題是提供用于如上所述的摩擦阻力減少船舶的摩擦阻力減 少系統(tǒng)W及具備該系統(tǒng)的利用水中的氣體潤滑功能的摩擦阻力減少船舶。
[0024] 解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[00巧]本發(fā)明人為了解決上述課題進(jìn)行認(rèn)真研究后發(fā)現(xiàn)，通過含有特定有機(jī)聚硅氧烷 (A)、特定疏水性材料（C)、W及根據(jù)需要使用的特定有機(jī)硅烷及/或其部分縮合物炬）的、 用于利用水中的氣體潤滑功能的摩擦阻力減少船舶的防污涂料組合物，可解決上述第一課 題。
[0026] 而且，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過用于具有后述的靜態(tài)水中氣泡接觸角W及水中氣泡滾 動(dòng)（滑動(dòng)）角在特定范圍內(nèi)的涂膜的利用水中的氣體潤滑功能的摩擦阻力減少船舶的防污 涂料組合物，和利用該靜態(tài)水中氣泡接觸角W及水中氣泡滾動(dòng)（滑動(dòng)）角的預(yù)測上述摩擦 阻力減少效果的方法，可測定該靜態(tài)水中氣泡接觸角W及水中氣泡滾動(dòng)（滑動(dòng)）角的具有 特定結(jié)構(gòu)的裝置，可解決上述第二課題。
[0027] 此外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過具備由可解決上述第一課題或第二課題的組合物形成 的涂膜、和對該涂膜的表面供給空氣的空氣供給裝置的摩擦阻力減少系統(tǒng)，可解決上述第 =課題。
[0028] 本發(fā)明基于本發(fā)明人新發(fā)現(xiàn)的下述見解。
[0029] ?由含有特定有機(jī)聚硅氧烷、特定的疏水性材料、根據(jù)需要使用的特定有機(jī)硅烷及 /或其部分縮合物的防污涂料組合物形成的涂膜有效地呈現(xiàn)空氣潤滑效果，高效地減少了 水流摩擦阻力。
[0030] ?推測如果在防污涂料組合物中滲合具有聚硅氧烷骨架結(jié)構(gòu)的化合物，則該些化 合物的均化性對由該防污涂料組合物形成的防污涂膜的形狀有影響，形成后述的特定形狀 的涂膜形狀。
[0031] ?由上述防污涂料組合物形成的涂膜的粗趟度小，山谷平均間隔長（表面粗趟度 50ymW下且山谷平均間隔在700ymW上）。該涂膜形狀對發(fā)揮靜態(tài)水中氣泡接觸角低于 90度且氣泡滾動(dòng)（滑動(dòng)）角低于30度的特性有貢獻(xiàn)。因此該涂膜形狀與現(xiàn)有的必須形成 微細(xì)凹凸的涂膜（例如上述專利文獻(xiàn)1~4)不同，與該些涂膜相比其是具有平緩起伏的涂 膜，起到優(yōu)良的摩擦阻力減少效果。
[0032] ?疏水性成分在25°C時(shí)為液狀或潤滑脂狀，在船舶外板的浸沒面上具有由上述涂 料組合物形成的涂膜的船舶在航行中，該疏水性成分滲出、覆蓋涂膜表面，由上述涂料組合 物形成的涂膜發(fā)揮防污性。
[0033] ?如果涂膜的靜態(tài)水中氣泡接觸角低于90度且氣泡滾動(dòng)（滑動(dòng)）角低于30度，貝U 在外板的浸沒面形成有該涂膜的船舶中，由于氣泡及/或氣體層與該涂膜充分接觸且無阻 滯地流動(dòng)，因此有效呈現(xiàn)空氣潤滑效果，水流摩擦阻力被高效減少。
[0034] ?上述涂膜可長期維持上述性狀和特性，而且W較少的空氣量起到高摩擦阻力減 少效果。因此，在船舶外板的浸沒面上形成有該涂膜的摩擦阻力減少船舶的空氣供給不需 要較大動(dòng)力，因此節(jié)能效果較大。
[0035] ?在船舶外板的浸沒面形成有由含有疏水性材料和防污劑的防污涂料組合物形成 的涂膜的摩擦阻力減少船舶的情況下，還可防止水中生物的附著，起到更長期的空氣潤滑 效果。
[0036] 即，本發(fā)明如下所述。
[0037] 本發(fā)明的用于利用水中的氣體潤滑功能的摩擦阻力減少船舶的防污涂料組合物 的特征在于，含有；(A)25°C時(shí)的粘度為20~400000mm2/s的反應(yīng)固化型有機(jī)聚硅氧烷，和 (C)25°C時(shí)為液狀或潤滑脂狀的疏水性材料（其中，上述有機(jī)聚硅氧烷（A)W及下述有機(jī)娃 燒及/或其部分縮合物炬）除外），和根據(jù)需要使用的炬）在1分子中至少具有2個(gè)選自哲 基W及水解性基團(tuán)的至少1個(gè)基團(tuán)的有機(jī)硅烷及/或其部分縮合物（稱為"第一涂料組合 物"）。（W下將"利用水中的氣體潤滑功能的摩擦阻力減少船舶"稱為"特殊摩擦阻力減少 船舶"。）
[0038] 本發(fā)明的上述防污涂料組合物中，從使該防污涂料組合物的防污性更優(yōu)良的觀點(diǎn) 考慮，更優(yōu)選上述疏水性材料（C)含有選自硅油、氣類油W及鏈燒姪類的至少1種。
[0039] 本