海洋防污涂料專利技術綜述

劉暄 樊寶珠

摘要：本文對國內外海洋防污涂料的專利申請進行統計分析，綜述海洋防污涂料的技術演進過程，對其主要種類的防污機理及實際應用情況進行詳細的闡述。同時整理目前海洋防污涂料專利技術在全球的布局情況，為我國在該領域的產品開發提供一定的借鑒。

關鍵詞：海洋防污；防污涂料；溶解型；低表面能；功能型

中圖分類號：TS959.6+2 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）15-0059-03

Review of Patents Technology for Marine Antifouling Coatings

LIU Xuan FAN Baozhu

（Patent Examination Cooperation Sichuan Center of the Patent Office， SIPO， Chengdu Sichuan 610213）

Abstract： This paper analyzed the patent applications of marine antifouling coatings at home and abroad， summarized the technological evolution of marine antifouling coatings， and elaborated on the main types of antifouling mechanisms and practical applications. At the same time， this paper sorted out the current global layout of marine antifouling paint patent technologies， to provide reference for China's product development in this field.

Key words： marine antifouling； antifouling coatings； dissolving type； low surface energy； functional type

目前，在海洋防污領域應用的防污技術主要有電解海水防污、電解重金屬法、機械清除法、超聲波防污、導電涂膜法和涂裝防污漆防污等[1-2]。其中，使用防污涂料是解決多數海洋污損問題的既經濟又高效、既簡單又廣泛的方法[1-3]。本文著重研究了海洋防污涂料在全球的專利申請狀況，重點申請人及其關鍵技術的分布情況，為國內申請人在新型海洋防污涂料領域的專利布局和研發提供借鑒。

1 海洋防污涂料專利技術概述

1.1 海洋防污涂料的分類及技術演進

本文通過選取海洋防污涂料領域重要的專利來分析該領域的技術演進路線，得到該領域的技術發展演進圖，如圖1所示。按涂料防污的作用機理來分，可將海洋防污涂料大致分為溶解型海洋防污涂料、低表面能海洋防污涂料、功能型海洋防污涂料（導電、仿生）三大類。

1.2 溶解型海洋防污涂料

溶解型海洋防污涂料分為基料不溶型和基料可溶型。基料不溶型是指成膜的聚合物不可被海水溶解或水解，在海水中表面不會剝離或銷蝕。其防污機理是在體系中摻入大量可被海水逐漸溶解的填料，填料溶解后，基體中出現了一些相互貫通的通道，防污劑從這些通道擴散至海水中，殺死附著的污損生物。該類涂料是最早獲得大規模工業應用的海洋防污涂料。例如，公開號為CA780398A的申請公開了以丙烯酸樹脂或乙烯基樹脂作為不溶性基料，配合三烷基錫鹽類作為防污劑制備的海洋防污涂料；公開號為JPS4897934A的日本專利公開了以環氧樹脂作為主要成膜物質，配合氧化亞銅或錫類防污劑制備的海洋防污涂料。該類防污涂料在使用一段時間后，防污劑釋放率會越來越低，因此其缺點就是使用壽命短，只有12～18個月。

基料可溶型是為了避免涂料的防污能力隨時間下降過快而開發的一類溶解型防污涂料。早期的基料可溶型防污涂料中都含有松香樹脂，其是一種天然的高分子樹脂，具有很好的親水性，在海水中具有較高的溶解速率，隨著松香的溶解，涂膜層逐漸減薄，防污劑可以較快得到釋放，延長了防污涂料的使用壽命。基料可水解型防污涂料（自拋光防污涂料）是一類特殊的基料可溶型防污涂料，其主要成膜物質為可水解的聚合物。當浸入海水時，樹脂在海水的作用下逐漸水解，緩慢釋放出防污劑，水解后的聚合物主鏈在海水的沖刷下發生溶解，脫落并掉入海水中，表面自此不斷更新，新裸露出的表面又不斷往復發生此過程。例如，公開號為CN85107833A的專利申請公開了一種以線形聚合物為主要成膜物質的防污涂料，該線形聚合物帶有多元游離羥酸基或羥酸酐基，主要由丙烯酸及酸酐等共聚而成，在海水的作用下，黏結劑逐漸從表面溶出，釋放出氧化亞銅、硫氰酸亞銅等防污劑；公開號為CN1418228A的專利申請公開了一種以丙烯酸三烷基甲硅烷基酯共聚物作為主要成膜物質的防污涂料，在海水的作用下，丙烯酸三烷基甲硅烷酯逐漸發生水解，釋放出防污劑，其通過對分子結構的設計，可以使聚合物按預定的速度水解，使防污劑穩定釋放，提高防污效率。

基料可溶型涂料的優點是其自拋光效應可以維持表面平整，避免設施表面的涂料因使用過久而變得凹凸不平，減小航行時船體所受到的摩擦阻力。并且這類涂料的使用年限在5年以上，表現出長效持久的防污效果。因此，截至目前，其依然是重點研究的海洋防污涂料。

1.3 低表面能海洋防污涂料

低表面能海洋防污涂料是由既具有低表面能又有低彈性模量特性的高分子制成的一類環保型海洋防污涂料，海洋污損生物與低表面能的表面黏結力弱，難以在其表面附著，或附著不牢，在海水的沖刷下或人工清洗后極易被脫除。隨著有機錫、銅等金屬防污劑的禁止使用，各國紛紛開展了低表面能海洋防污涂料的研究，其中90%以上的申請均涉及有機硅或含氟聚合物。例如，公告號為CN1210357C的專利申請公開了以可固化的聚硅氧烷或含氟聚合物為主要成膜物質的低表面能防污涂料；公告號為CN1203152C的專利申請公開了以聚二甲基硅氧烷為主要成膜物質，配合二氧化硅凝膠和二氧化硅顆粒制備的超疏水防污涂料。

1.4 導電、仿生海洋防污涂料

導電防污涂料的作用原理是通過在漆膜表面產生微弱的電流或電位，使微生物難以附著，以達到防污目的。例如，公開號為JPH02225574A的專利申請公開了在被涂物上涂覆一層導電層，通入電流后通過電離海水產生次氯酸離子達到防污的目的；公開號為DE102011003620A1的專利申請公開了使用含有石墨、碳納米管、石墨烯等導電填料的導電涂層，在涂膜上施加交變電壓，涂膜表面呈現出正負極的交替變換，從而有效防污。導電防污涂料是一類歷史悠久的海洋防污涂料，但由于其制備成本較高，且其通過電離海水達到防污目的的同時產生的次氯酸根會加速金屬基體的腐蝕，因此一直未成為熱點申請領域。

仿生涂料是模仿海洋生物（鯊魚、海豚等）特殊的皮膚結構以達到防污目的的涂料。例如，公告號為DE19836076C2的專利申請公開了一種仿海豚皮的涂層，其由可降解的凝膠主體材料（甲基丙烯酸酯材料）配合蛋白質凝膠前體[由角蛋白和糖結合物（藻類和細菌的黏液）]制成，具有良好的防污效果。由于制備成本高，技術難度大，該類涂料目前沒有實現大規模工業應用。

1.5 新型防污劑的研制

隨著有機錫、銅、鋅等金屬防污劑被明令禁止使用，人們逐漸將目光投入到環保高效的新型防污劑的研制，尤其是天然動植物提取物或其衍生物。已經被報道的有甲殼素（JPS63105075A）、辣椒素（US5397385A）、茶樹油（WO01/35713A2）、蛋白酶、纖維素酶、淀粉酶（US2003/0166237A1）、杜松醇-植物精油提取物（JP4318279B2）、馬尾藻提取物（KR20050120249A）、苦艾素（SE530687C2）、己葡萄糖氧化酶、糖氧化酶（HOX）（CN1364185A）、薄荷醇（CN1444444A）、環脯氨酸-亮氨酸（CN101717594A）、楊梅栲膠（CN102093770A）及野番豆提取物-黃烷類化合物（CN102613187A）等。新型防污劑的研制以及將這些新型防污劑以共價鍵的方式接入聚合物分子鏈中制備新型防污樹脂依然是今后該領域的研究熱點。

2 全球專利申請分析

2.1 技術來源國家/地區和目標市場國家/地區分布

圖1是該領域主要技術來源國家/地區的申請量分布以及他們各自占全球申請量的百分比。由圖1可以看出，美國、日本、中國和歐洲為該領域專利申請的主要技術來源國家/地區，申請量之和占到全球申請總量的72%。其中，美國和日本為該領域申請量最多的2個國家，其申請量分別占全球申請量的27%和22%。原因是海洋防污涂料主要應用在大型漁船、軍艦、海底油氣管道、海洋鉆井平臺等各種海工建筑的表面，不僅與海洋養殖業、海底油氣運輸業息息相關，更涉及國防工業。而日本和美國既是工業強國，也是軍事強國，因此很重視該領域的技術研發和專利保護。

圖2是海洋防污涂料全球專利申請主要目標市場國家/地區。由圖2可知，進入日本和美國的申請量最多，分別達到了282件和252件，說明日本和美國為該領域的主要市場國家。這也與兩國作為該領域主要技術來源國家/地區的事實相符。

2.2 重要申請人分析

該領域的重要申請人基本為知名跨國大企業，如阿克蘇諾貝爾、佐敦涂料、日本油漆株式會社、羅門哈斯、關西涂料株式會社、日本油脂株式會社、漢伯和庫爾脫沃茲涂料等。進一步通過CNABS數據庫對國內主要申請人進行統計分析發現，除中國海洋大學之外，其余幾位重要的國內申請人分別是中國科學院南海海洋研究所、中國船舶工業集團七二五研究所、廈門大學、大連海事大學和浙江大學。這說明目前我國在該領域的研究依然處于基礎研究階段，未能實現大規模工業應用。

3 結論

本文對國內外海洋防污涂料的專利申請進行了統計分析，綜述了海洋防污涂料的技術演進過程，將海洋防污涂料細分為溶解型海洋防污涂料、低表面能海洋防污涂料、功能（仿生、導電）海洋防污涂料3個技術分支，詳細敘述了3種涂料各自的防污機理及實際應用情況。目前，溶解型海洋防污涂料和低表面能海洋防污涂料仍然是海洋防污涂料領域最重要的2個種類。

另外，以主要專利申請人、主要目標市場國等為入口進行了統計分析，整理了目前海洋防污涂料專利技術在全球的布局情況。結果表明，該領域的核心技術依然掌握在國外，國內在該領域的研發成果還未取得大規模工業應用。

參考文獻：

[1] 任潤桃，梁軍.海洋防污涂料發展現狀與研究趨勢[J].材料開發與應用，2014（29）：1-8.

[2] 劉超，付玉彬，鄭紀勇.環境友好型防污劑及海洋防污涂料的研究進展[J].材料開發與應用，2009（24）：69-74.

[3] 郭翠紅，李昌誠，于良民.船舶防污涂料現狀及發展趨勢[J].上海涂料，2016（54）：28-31.