海洋生物污损防治策略及研究进展
发布时间：2021-06-06 01:28
随着人类海洋活动的增加以及海洋经济产业的发展,海洋污损生物产生的危害和造成的损失日渐突出.因此,海洋生物污损的防治技术及防护材料的研发受到各国政府的高度重视和支持,已成为一个世界性的课题.本文简要介绍了海洋污损生物及其黏附、生长机制,重点综述了海洋防污涂料的最新研究成果,并对防污涂料未来的发展进行了展望,旨在为具有生态环保特征的新型污损防护涂料及技术的开发有所裨益.
【文章来源】：汕头大学学报(自然科学版). 2020,35(02)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
生物污损过程[7]
图2是海水中涂料防污剂的释放机制及（甲基）丙烯酸酯共聚物的结构与反应[1].对不溶性的疏水共聚物涂料（见图2(a）），海水可经由基体孔道扩散入涂层内部，可溶性颜料和防污剂溶解后随海水逸出，留下失去填充物的孔，孔隙率的增加将加速防污剂的释放；对于可溶性的丙烯酸酯类共聚物涂料，由于（甲基）丙烯酸酯基团在微碱性条件下会缓慢水解（见图2(d）），涂层表面将因海水的溶蚀呈现出不规则的形貌.此情况下，涂层的溶蚀速率和孔隙率是影响防污剂的渗出率的两个关键因素.对于自抛光型的防污涂料，在海水的不断浸蚀下，涂层中的可溶性物种逐渐溶解，浸出区域随之延深，共聚物膜亦将变脆，容易受海水的冲刷而层层剥落，裸露出新鲜表面以供随后释放防污剂（自抛光效果）.此外，Edwin等[23]将甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯按照1∶1的质量比混合，再添加适量的氧化铜制得纳米氧化铜水凝胶防污剂，而后喷涂于渔网表面，防污损测试效果显著.最近，张广照教授的课题组[24]制备了含有防污剂的生物可降解自抛光聚合物，成功突破了“微塑料”产生的环保问题，在“挂片”防污实验中也取得了明显的效果.但此类环保防污涂料的有效防污期较短，通常为3～6个月，还无法在航海及海洋工程产业中普遍使用.可以预见，新型、环保、长效的防污材料仍将是今后海洋防污领域的研发重点.2.2 物理防护型涂料
具有自清洁功能的超疏水性有机-无机复合型涂料是新一代的生物污损防护材料.Selim等[30-31]利用原位合成法在有机硅弹性体中引入无机纳米粒子NP(NP:ZnO、Ag,GO-Al2O3纳米棒及二氧化硅包覆的TiO2或β-MnO2纳米棒），制备了系列PDMS/NP有机-无机复合型防污材料，系统地研究了上述无机纳米填料的粒径、形貌及在PDMS中分散度等对有机硅弹性体的结构、物化性质及力学性能的影响，发现无机纳米粒子的适量添加能增大表面粗糙度，降低表面能，而且还能有效调控PDMS的亲/疏水性质，使其具有自清洁和杀菌功能.以PDMS/β-MnO2复合涂料为例（见图4），填料β-MnO2为单晶结构，平均直径为20-30 nm，长度为0.5-1μm.材料表征及水接触角实验结果显示，β-MnO2纳米棒均匀地分散于PDMS中，涂层具有超疏水性（水接触角为158°）和低表面能的特征（12.65 mN/m），且表现出良好的热稳定性和机械性能.90天的海水防污现场试验中，填充量为0.5 wt%的PDMS/β-MnO2纳米涂层的防污性能较单一的PDMS涂层有显著的提高.3 总结与展望
【参考文献】：
期刊论文
[1]有机硅和氟树脂在海洋防污涂料中的应用研究进展[J]. 叶章基,陈珊珊,张金伟,蔺存国,马春风,张广照,吴建华. 涂料工业. 2018(01)
[2]海洋防污高分子材料的综合设计和研究[J]. 解来勇,洪飞,刘剑洪,张广照,吴奇. 高分子学报. 2012(01)
[3]纳米氧化亚铜的制备及其在防污涂料中的应用[J]. 高红秋,于良民,赵静,隋晶. 上海涂料. 2008(12)
[4]海洋生物污损的防治方法及研究进展[J]. 黄运涛,彭乔. 全面腐蚀控制. 2004(01)
本文编号：3213311
【文章来源】：汕头大学学报(自然科学版). 2020,35(02)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
生物污损过程[7]
图2是海水中涂料防污剂的释放机制及（甲基）丙烯酸酯共聚物的结构与反应[1].对不溶性的疏水共聚物涂料（见图2(a）），海水可经由基体孔道扩散入涂层内部，可溶性颜料和防污剂溶解后随海水逸出，留下失去填充物的孔，孔隙率的增加将加速防污剂的释放；对于可溶性的丙烯酸酯类共聚物涂料，由于（甲基）丙烯酸酯基团在微碱性条件下会缓慢水解（见图2(d）），涂层表面将因海水的溶蚀呈现出不规则的形貌.此情况下，涂层的溶蚀速率和孔隙率是影响防污剂的渗出率的两个关键因素.对于自抛光型的防污涂料，在海水的不断浸蚀下，涂层中的可溶性物种逐渐溶解，浸出区域随之延深，共聚物膜亦将变脆，容易受海水的冲刷而层层剥落，裸露出新鲜表面以供随后释放防污剂（自抛光效果）.此外，Edwin等[23]将甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯按照1∶1的质量比混合，再添加适量的氧化铜制得纳米氧化铜水凝胶防污剂，而后喷涂于渔网表面，防污损测试效果显著.最近，张广照教授的课题组[24]制备了含有防污剂的生物可降解自抛光聚合物，成功突破了“微塑料”产生的环保问题，在“挂片”防污实验中也取得了明显的效果.但此类环保防污涂料的有效防污期较短，通常为3～6个月，还无法在航海及海洋工程产业中普遍使用.可以预见，新型、环保、长效的防污材料仍将是今后海洋防污领域的研发重点.2.2 物理防护型涂料
具有自清洁功能的超疏水性有机-无机复合型涂料是新一代的生物污损防护材料.Selim等[30-31]利用原位合成法在有机硅弹性体中引入无机纳米粒子NP(NP:ZnO、Ag,GO-Al2O3纳米棒及二氧化硅包覆的TiO2或β-MnO2纳米棒），制备了系列PDMS/NP有机-无机复合型防污材料，系统地研究了上述无机纳米填料的粒径、形貌及在PDMS中分散度等对有机硅弹性体的结构、物化性质及力学性能的影响，发现无机纳米粒子的适量添加能增大表面粗糙度，降低表面能，而且还能有效调控PDMS的亲/疏水性质，使其具有自清洁和杀菌功能.以PDMS/β-MnO2复合涂料为例（见图4），填料β-MnO2为单晶结构，平均直径为20-30 nm，长度为0.5-1μm.材料表征及水接触角实验结果显示，β-MnO2纳米棒均匀地分散于PDMS中，涂层具有超疏水性（水接触角为158°）和低表面能的特征（12.65 mN/m），且表现出良好的热稳定性和机械性能.90天的海水防污现场试验中，填充量为0.5 wt%的PDMS/β-MnO2纳米涂层的防污性能较单一的PDMS涂层有显著的提高.3 总结与展望
【参考文献】：
期刊论文
[1]有机硅和氟树脂在海洋防污涂料中的应用研究进展[J]. 叶章基,陈珊珊,张金伟,蔺存国,马春风,张广照,吴建华. 涂料工业. 2018(01)
[2]海洋防污高分子材料的综合设计和研究[J]. 解来勇,洪飞,刘剑洪,张广照,吴奇. 高分子学报. 2012(01)
[3]纳米氧化亚铜的制备及其在防污涂料中的应用[J]. 高红秋,于良民,赵静,隋晶. 上海涂料. 2008(12)
[4]海洋生物污损的防治方法及研究进展[J]. 黄运涛,彭乔. 全面腐蚀控制. 2004(01)
本文编号：3213311
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