海洋船舶防污涂料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

安興杰

（青島大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院，山東　青島　266071）

海洋船舶防污涂料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

安興杰

（青島大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266071）

摘要：詳細(xì)闡述了當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的幾種海洋防污涂料，介紹了海洋防污涂料的研究現(xiàn)狀，并對(duì)海洋防污涂料的未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：自拋光防污涂料；研究現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

0　前言

海洋中有大量的具有附著特性的海洋生物，它們往往會(huì)附著在物體表面進(jìn)行生長和繁殖，如果這些海洋生物附著在船舶、水下設(shè)施、碼頭等物體中，就會(huì)對(duì)這些物體造成污損。而為了減輕這些生物對(duì)這些海洋構(gòu)筑的污損，往往會(huì)在這些物體表面涂覆海洋防污涂料。早期的防污涂料通常是在基料樹脂中加入有毒防污劑（如氧化亞銅、砷、汞等）制成防污涂料，達(dá)到了有效的防污效果。二戰(zhàn)后，由于氧化砷、汞化合物引發(fā)的健康與安全問題而逐步被取代。近年來，由于人們對(duì)環(huán)保問題的日益重視，開發(fā)環(huán)境友好型海洋船舶防污涂料成為發(fā)展的主流[1]。

1　自拋光防污涂料

20世紀(jì)60年代中期，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了丙烯酸三丁基錫酯聚合物在海水中的降解機(jī)理，從而研制出有機(jī)錫自拋光防污涂料，這一涂料的研制成功是海洋防污涂料發(fā)展的“里程碑”。

1.1有機(jī)錫自拋光防污涂料

有機(jī)錫自拋光防污涂料作為一種傳統(tǒng)的海洋船舶防污涂料，它的作用機(jī)理是：防污涂料的基料部分是不溶于水的，位于側(cè)鏈的共價(jià)鍵遇到海水，就會(huì)被海水中的Ca、K、Na 等離子水解，從而形成親水基團(tuán)，在水解的過程中，涂料會(huì)平穩(wěn)地釋出有機(jī)錫防污劑起到防污作用；當(dāng)水解形成的親水基團(tuán)達(dá)到一定的濃度時(shí)，表層的樹脂就會(huì)被剝蝕掉，從而使微量附著著的海洋生物喪失了固定的繁殖條件；被剝蝕掉之后又暴露出新的樹脂層，并在新的水解過程中形成新的平穩(wěn)涂層，以此來達(dá)到防污和自拋光的雙重效果。然而因?yàn)橛袡C(jī)錫具有強(qiáng)毒性，其在水解過程中會(huì)釋放出大量的毒素，對(duì)海洋生物和人類健康產(chǎn)生危害，因此含有機(jī)錫的防污涂料已被禁止使用。

1.2無錫自拋光防污涂料

無錫自拋光防污涂料包括丙烯酸銅共聚物、丙烯酸鋅共聚物、硅烷化丙烯酸共聚物、混合型、含殺生物功能基團(tuán)的自拋光防污涂料這五種類型。

無錫自拋光防污涂料的作用機(jī)理與有機(jī)錫自拋光防污涂料作用機(jī)理相似，只是將銅、鋅、硅來代替有機(jī)錫自拋光防污涂料中的有機(jī)錫，從而減少其對(duì)人類健康和海洋環(huán)境產(chǎn)生的不良影響。自拋光防污涂料基料為松香（或松香類似品）和乙烯/丙烯酸，約60% 固體分。“拋光性能”是通過海水的沖刷來實(shí)現(xiàn)的；皂化層比較厚。

其優(yōu)點(diǎn)有二：一是自拋光防污涂料顧及了殺蟲劑的常量釋放，對(duì)海底生物的危害性大大降低；二是它能很好地減少整個(gè)船殼的表面粗糙度，利于船舶在水中的航行。

2　海洋防污涂料的研究現(xiàn)狀

2.1導(dǎo)電防污涂料

導(dǎo)電防污涂料主要有兩種：在涂料中添加導(dǎo)電材料，如石墨，并在漆膜表面通入微弱電流，使海水電解形成次氯酸根，達(dá)到防污的目的[2]；在涂料中添加主鏈上有共軛雙鍵的導(dǎo)電的高分子材料，以不通弱電流的方式實(shí)現(xiàn)防污的目的。

2.2低表面能防污涂料

低表面能防污涂料作為一種新型的環(huán)保型的防污涂料具有很好的發(fā)展前景，低表面能防污涂料具有不粘性和地表面性，這樣就使得海洋生物不易在物體表面附著，即使附著也不牢固，很容易就從物體表面脫落，從而實(shí)現(xiàn)防污的目的。它的作用過程如圖1所示。

根據(jù)構(gòu)成基料的不同，低表面能防污涂料可以分為由有機(jī)硅樹脂和硅橡膠為基料組成的有機(jī)硅[3]聚合物防污涂料、由低氟含量或者高氟含量為基料構(gòu)成的有機(jī)氟[4]聚合物防污涂料、由以氟代聚硅氧烷為基料構(gòu)成的硅-氟樹脂防污涂料三種，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，均具有較強(qiáng)的防污性能。

圖1

2.3仿生無毒防污涂料

海洋生物有天然自身能分泌一種對(duì)附著生物具有驅(qū)避作用的特殊物質(zhì)，能避免其它海洋生物在體表附著[5]。九十年代以來，世界各國已經(jīng)在仿生無毒防污涂料方面取得了顯著成果。

仿動(dòng)物防污涂料的幾個(gè)實(shí)例：

（1）螃蟹自身可以分泌一種生物酶抑制附著生物產(chǎn)生的生物膠的凝固。

（2）海豚表皮層有規(guī)則的粗糙不平和突起，具有特殊彈性，還能分泌黏液，使海豚的皮膚能順從水的壓力而波動(dòng)，生物不易吸附，水流阻力小。

（3）鯊魚皮具有特殊的構(gòu)造特征，由其鱗片上附著的突起和剛毛組成微溝槽，這一微溝槽機(jī)構(gòu)可以減小摩擦阻力。

仿植物無毒防污涂料主要是模仿荷葉的超疏水仿荷葉防污涂料，稱之為荷葉效應(yīng)。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)荷葉表面超疏水的根本原因是微米結(jié)構(gòu)與納米結(jié)構(gòu)相結(jié)合的階層結(jié)構(gòu)所引起的。其自清潔表面表現(xiàn)為：（1）荷葉表面具有超疏水性，與水的接觸角大于150；（2）荷葉表面有很強(qiáng)的抗污染能力，表面污染物如灰塵等可以被滾落的水滴帶止而不留下仟何的痕跡。

除以上幾種防污涂料外，目前在防污涂料這一領(lǐng)域還有表面植絨海洋防污技術(shù)[6]、生物防污涂料、納米防污涂料等等。

3　防污涂料的未來發(fā)展趨勢(shì)

開發(fā)環(huán)境友好型防污涂料是21世紀(jì)海洋涂料的發(fā)展方向之一[7]，海洋防污涂料主要通過兩種方式發(fā)揮作用，一種是產(chǎn)生一個(gè)能使生物體中毒的表面，與海洋中的污損生物發(fā)生作用，另一種是產(chǎn)生一個(gè)使生物體不能附著的表面，從而阻止海洋生物在物體表面的附著[8]。

當(dāng)前，綠色環(huán)保的無錫自拋光防污涂料、低表面能防污涂料、導(dǎo)電防污涂料和仿生防污涂料成為海洋防污涂料的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，這些無毒無污染的防污涂料將會(huì)對(duì)未來的海洋發(fā)展戰(zhàn)略作出重大的貢獻(xiàn)。仿生無毒的防污涂料也越來越受到人們的重視，例如仿照荷葉結(jié)構(gòu)而研制的超疏水荷葉防污涂料現(xiàn)今已成為防污涂料的新的研究熱點(diǎn)。

進(jìn)一步研究多功能（自拋光、含釋放物）低表面能復(fù)合型船舶防污涂料、以海洋生物次級(jí)代謝物為基礎(chǔ)的生態(tài)型船舶防污涂料以及仿生防污涂料（鯊魚皮、鯨魚皮）等高效、環(huán)保型船舶防污涂料將成為未來研發(fā)的重點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)[9]。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳美玲等.環(huán)境友好型海洋船舶防污涂料的研究進(jìn)展[J].材料保護(hù)，2010（07）.

任潤桃、梁軍.海洋防污涂料發(fā)展現(xiàn)狀與研究趨勢(shì)[J].材料開發(fā)與應(yīng)用，2014（02）.

[2]李永清、鄭淑貞.有機(jī)硅低表面能海洋防污涂料的合成及應(yīng)用研究[J].化工新型材料，2003（07）.

[3]于良民、王強(qiáng)、高紅秋.有機(jī)氟低表面能涂料的研究進(jìn)展[J].有機(jī)氟工業(yè).2008（04）.

[4]陶宇、李亞冰.海洋防污涂料技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其展望[J].化學(xué)與黏合.2012（05）.

[5]張淑玉、鄭紀(jì)勇、付玉彬.表面植絨海洋防污技術(shù)的原理及研究進(jìn)展[J].涂料工業(yè).第42卷第12期.2012年12月

[6]Iwao Omae.General Aspects of Tin-free Anti- fouling Paints [J].Chem，Rev.，2003，（103）：3431～3448.

[7]薛燕.新型海洋防污涂料的發(fā)展趨勢(shì)[J].橡塑資源利用.2007（04）.

[8]虞子森.國外船舶防污涂料的研究及其發(fā)展趨勢(shì)[J].造船技術(shù).2011（04）.

作者簡(jiǎn)介：安興杰（1989—），男，碩士生。