海洋船舶防污涂料的研究现状及发展趋势

安兴杰

（青岛大学化学科学与工程学院，山东　青岛　266071）

海洋船舶防污涂料的研究现状及发展趋势

安兴杰

（青岛大学化学科学与工程学院，山东青岛266071）

摘要：详细阐述了当前应用比较广泛的几种海洋防污涂料，介绍了海洋防污涂料的研究现状，并对海洋防污涂料的未来发展趋势进行了展望。

关键词：自抛光防污涂料；研究现状；发展趋势

0　前言

海洋中有大量的具有附着特性的海洋生物，它们往往会附着在物体表面进行生长和繁殖，如果这些海洋生物附着在船舶、水下设施、码头等物体中，就会对这些物体造成污损。而为了减轻这些生物对这些海洋构筑的污损，往往会在这些物体表面涂覆海洋防污涂料。早期的防污涂料通常是在基料树脂中加入有毒防污剂（如氧化亚铜、砷、汞等）制成防污涂料，达到了有效的防污效果。二战后，由于氧化砷、汞化合物引发的健康与安全问题而逐步被取代。近年来，由于人们对环保问题的日益重视，开发环境友好型海洋船舶防污涂料成为发展的主流[1]。

1　自抛光防污涂料

20世纪60年代中期，科学家发现了丙烯酸三丁基锡酯聚合物在海水中的降解机理，从而研制出有机锡自抛光防污涂料，这一涂料的研制成功是海洋防污涂料发展的“里程碑”。

1.1有机锡自抛光防污涂料

有机锡自抛光防污涂料作为一种传统的海洋船舶防污涂料，它的作用机理是：防污涂料的基料部分是不溶于水的，位于侧链的共价键遇到海水，就会被海水中的Ca、K、Na 等离子水解，从而形成亲水基团，在水解的过程中，涂料会平稳地释出有机锡防污剂起到防污作用；当水解形成的亲水基团达到一定的浓度时，表层的树脂就会被剥蚀掉，从而使微量附着着的海洋生物丧失了固定的繁殖条件；被剥蚀掉之后又暴露出新的树脂层，并在新的水解过程中形成新的平稳涂层，以此来达到防污和自抛光的双重效果。然而因为有机锡具有强毒性，其在水解过程中会释放出大量的毒素，对海洋生物和人类健康产生危害，因此含有机锡的防污涂料已被禁止使用。

1.2无锡自抛光防污涂料

无锡自抛光防污涂料包括丙烯酸铜共聚物、丙烯酸锌共聚物、硅烷化丙烯酸共聚物、混合型、含杀生物功能基团的自抛光防污涂料这五种类型。

无锡自抛光防污涂料的作用机理与有机锡自抛光防污涂料作用机理相似，只是将铜、锌、硅来代替有机锡自抛光防污涂料中的有机锡，从而减少其对人类健康和海洋环境产生的不良影响。自抛光防污涂料基料为松香（或松香类似品）和乙烯/丙烯酸，约60% 固体分。“抛光性能”是通过海水的冲刷来实现的；皂化层比较厚。

其优点有二：一是自抛光防污涂料顾及了杀虫剂的常量释放，对海底生物的危害性大大降低；二是它能很好地减少整个船壳的表面粗糙度，利于船舶在水中的航行。

2　海洋防污涂料的研究现状

2.1导电防污涂料

导电防污涂料主要有两种：在涂料中添加导电材料，如石墨，并在漆膜表面通入微弱电流，使海水电解形成次氯酸根，达到防污的目的[2]；在涂料中添加主链上有共轭双键的导电的高分子材料，以不通弱电流的方式实现防污的目的。

2.2低表面能防污涂料

低表面能防污涂料作为一种新型的环保型的防污涂料具有很好的发展前景，低表面能防污涂料具有不粘性和地表面性，这样就使得海洋生物不易在物体表面附着，即使附着也不牢固，很容易就从物体表面脱落，从而实现防污的目的。它的作用过程如图1所示。

根据构成基料的不同，低表面能防污涂料可以分为由有机硅树脂和硅橡胶为基料组成的有机硅[3]聚合物防污涂料、由低氟含量或者高氟含量为基料构成的有机氟[4]聚合物防污涂料、由以氟代聚硅氧烷为基料构成的硅-氟树脂防污涂料三种，各有其优缺点，均具有较强的防污性能。

图1

2.3仿生无毒防污涂料

海洋生物有天然自身能分泌一种对附着生物具有驱避作用的特殊物质，能避免其它海洋生物在体表附着[5]。九十年代以来，世界各国已经在仿生无毒防污涂料方面取得了显著成果。

仿动物防污涂料的几个实例：

（1）螃蟹自身可以分泌一种生物酶抑制附着生物产生的生物胶的凝固。

（2）海豚表皮层有规则的粗糙不平和突起，具有特殊弹性，还能分泌黏液，使海豚的皮肤能顺从水的压力而波动，生物不易吸附，水流阻力小。

（3）鲨鱼皮具有特殊的构造特征，由其鳞片上附着的突起和刚毛组成微沟槽，这一微沟槽机构可以减小摩擦阻力。

仿植物无毒防污涂料主要是模仿荷叶的超疏水仿荷叶防污涂料，称之为荷叶效应。

经研究发现荷叶表面超疏水的根本原因是微米结构与纳米结构相结合的阶层结构所引起的。其自清洁表面表现为：（1）荷叶表面具有超疏水性，与水的接触角大于150；（2）荷叶表面有很强的抗污染能力，表面污染物如灰尘等可以被滚落的水滴带止而不留下仟何的痕迹。

除以上几种防污涂料外，目前在防污涂料这一领域还有表面植绒海洋防污技术[6]、生物防污涂料、纳米防污涂料等等。

3　防污涂料的未来发展趋势

开发环境友好型防污涂料是21世纪海洋涂料的发展方向之一[7]，海洋防污涂料主要通过两种方式发挥作用，一种是产生一个能使生物体中毒的表面，与海洋中的污损生物发生作用，另一种是产生一个使生物体不能附着的表面，从而阻止海洋生物在物体表面的附着[8]。

当前，绿色环保的无锡自抛光防污涂料、低表面能防污涂料、导电防污涂料和仿生防污涂料成为海洋防污涂料的研究热点和发展趋势，这些无毒无污染的防污涂料将会对未来的海洋发展战略作出重大的贡献。仿生无毒的防污涂料也越来越受到人们的重视，例如仿照荷叶结构而研制的超疏水荷叶防污涂料现今已成为防污涂料的新的研究热点。

进一步研究多功能（自抛光、含释放物）低表面能复合型船舶防污涂料、以海洋生物次级代谢物为基础的生态型船舶防污涂料以及仿生防污涂料（鲨鱼皮、鲸鱼皮）等高效、环保型船舶防污涂料将成为未来研发的重点和发展趋势[9]。

参考文献：

[1]陈美玲等.环境友好型海洋船舶防污涂料的研究进展[J].材料保护，2010（07）.

任润桃、梁军.海洋防污涂料发展现状与研究趋势[J].材料开发与应用，2014（02）.

[2]李永清、郑淑贞.有机硅低表面能海洋防污涂料的合成及应用研究[J].化工新型材料，2003（07）.

[3]于良民、王强、高红秋.有机氟低表面能涂料的研究进展[J].有机氟工业.2008（04）.

[4]陶宇、李亚冰.海洋防污涂料技术的研究现状及其展望[J].化学与黏合.2012（05）.

[5]张淑玉、郑纪勇、付玉彬.表面植绒海洋防污技术的原理及研究进展[J].涂料工业.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发展趋势[J].橡塑资源利用.2007（04）.

[8]虞子森.国外船舶防污涂料的研究及其发展趋势[J].造船技术.2011（04）.

作者简介：安兴杰（1989—），男，硕士生。