摘 要：海洋生物污損可以加速金屬腐蝕、堵塞管道、影響水下設(shè)施正常使用，還會(huì)對(duì)養(yǎng)殖業(yè)造成不利影響。對(duì)于海洋防污最簡(jiǎn)單有效的措施便是為設(shè)備涂裝防污涂料。傳統(tǒng)的防污涂料在使用過(guò)程中會(huì)釋放出大量有毒物質(zhì)，對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境和人類健康均有巨大威脅。隨著人們環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)，環(huán)境友好型防污涂料逐漸成為了研究熱點(diǎn)。低表面能防污涂料依靠自身的低表面特性防污，不會(huì)釋放有毒物質(zhì)，是一類環(huán)境友好型防污涂料。本論文綜述了有機(jī)硅低表面防污涂料和氟硅類低表面能防污涂料的研究進(jìn)展，并進(jìn)一步分析了有機(jī)硅低表面能防污涂料和傳統(tǒng)自拋光防污涂料在實(shí)船應(yīng)用方面的差別，最后探討了有機(jī)硅低表面能防污涂料存在的問(wèn)題和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：低表面能;有機(jī)硅;海洋防污

1 海洋生物污損的危害

生物污損給全球的海洋運(yùn)輸行業(yè)、海洋勘探以及水產(chǎn)養(yǎng)殖等行業(yè)造成了巨大危害和損失，鑒于此，人們對(duì)海洋生物污損展開了長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)世紀(jì)的研究。但由于海洋污損生物的種類十分多樣化以及污損程度的不可控制性使得人們對(duì)海洋生物污損的研究進(jìn)展十分緩慢，但經(jīng)過(guò)大量研究發(fā)現(xiàn)海洋生物污損所帶來(lái)的危害大致上可以歸納為三大類：

（1）加速金屬等的腐蝕。如藤壺等水生生物吸附在材料表面，可以破壞金屬表面的保護(hù)層，其新陳代謝也可以改變金屬附近環(huán)境的pH值，促進(jìn)金屬表面的離子交換，加速金屬的腐蝕;（2）影響水下設(shè)施的正常使用。鋪設(shè)在水中的管道由于污損生物的附著，導(dǎo)致管道內(nèi)徑變小甚至堵塞，其中閥門是最容易堵塞的地方。而像聲吶等較為精密的水下設(shè)施更容易受到污損生物的影響;（3）降低水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的產(chǎn)量和質(zhì)量。如藤壺等水生生物與牡蠣、貽貝等人工養(yǎng)殖的貝類生活習(xí)性相似，因此雙方常常爭(zhēng)奪環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，減少人工養(yǎng)殖貝類的數(shù)量與質(zhì)量。還會(huì)堵塞漁網(wǎng)，減少漁獲。

2 有機(jī)硅低表面能防污涂層材料

水凝膠是一種特殊的軟材料，其三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以包裹大量水分子，從而保持了材料的高含水性，其含水量可達(dá)95%。有機(jī)硅水凝膠防污材料作為一種新型的防污材料，兼具了低表面能有機(jī)硅材料和水凝膠材料的雙重防污優(yōu)勢(shì)，浸入水中時(shí)，水凝膠層逐漸向外遷移形成親水性層，其液體界面自由性能較低，這樣一來(lái)海洋污損生物不易在它的表面聚集，從而表現(xiàn)出較好的防污能力。

Hempel公司推出了一種有機(jī)硅聚合物防污涂料，該防污涂料中可以在有機(jī)硅涂層的表面形成親水性水凝膠層，其表面高度親水特性以及有機(jī)硅的低表面能特性，有效地阻止污損生物的附著，大幅提高了有機(jī)硅涂料抵抗海藻等污損生物的性能;有機(jī)硅防污漆x789900就是將低表面能有機(jī)硅酮材料和水凝膠材料以及極低含量的防污劑結(jié)合起來(lái)發(fā)展的一種新型防污漆，多重防污機(jī)制的協(xié)同作用極大的增強(qiáng)了該類防污涂料的防污性能。

田澍設(shè)計(jì)了一種納米銀水凝膠/有機(jī)硅復(fù)合雙網(wǎng)絡(luò)防污涂層，將有機(jī)硅體系與納米銀水凝膠體系以互穿網(wǎng)絡(luò)（IPN）的形式均勻、牢固地復(fù)合在一起，使涂層同時(shí)具有有機(jī)硅彈性體、水凝膠和納米銀等多重防污機(jī)制。該類有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合涂層具有良好的抗菌性和抗藻性。通過(guò)適當(dāng)控制納米銀和親水性聚合物的比例和含量可以使涂層的抗菌率達(dá)到100%;將納米銀和親水性聚合物添加到有機(jī)硅體系中可以顯著降低藻類的初始貼附量，小球藻、舟形藻在納米銀水凝膠/有機(jī)硅復(fù)合涂層表面的貼附量相比于單純的有機(jī)硅防污涂料分別降低了70%和94%。

3 有機(jī)硅低表面涂料與自拋光防污涂料實(shí)船防污效果比較

機(jī)硅水凝膠除污涂料：涂裝后可以在其表面形成一道超級(jí)吸水的凝膠聚合物網(wǎng)，使得海洋的生物無(wú)法有效的識(shí)別是否真的可以直接附著在其他的生物表面，從而有效的達(dá)到了防污的效果，同時(shí)該防污涂料還具有低表面能特性，使得污損生物在其表面附著不牢，因此在一定的船速下，水流的沖刷作用即可清除表面的污損生物。

自拋光防污涂料：自拋光型涂料在海水“水解”、“沖蝕”等作用下，涂料表面與海水反應(yīng)，基體樹脂逐漸水解形成親水性聚合物層，在海水沖刷作用下被剝落，同時(shí)露出新的防污表面，維持表面的防污劑釋放濃度不變，始終保持船底的光滑，就像不斷進(jìn)行打磨和拋光一樣。自拋光防污涂料的有效期與它的涂膜厚度成正比。

為了進(jìn)一步比較有機(jī)硅水凝膠防污涂料和傳統(tǒng)的自拋光防污涂料在實(shí)際服役過(guò)程中的性能優(yōu)劣，趙逾等人對(duì)浙江長(zhǎng)遠(yuǎn)洋運(yùn)輸股份有限公司的17.6萬(wàn)噸級(jí)海峽型散貨船進(jìn)行了研究對(duì)比。ZOSCO JIAXING號(hào)使用的是有機(jī)硅水凝膠防污涂料，ZOSCO SHAOXING號(hào)使用的是水解型的自拋光防污涂料。此處選擇了兩條船修船前后各自的油耗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較（見(jiàn)表1、表2）。

從該組數(shù)據(jù)的比較可以得出：在相近的航程下使用有機(jī)硅水凝膠涂料比使用水解型的自拋光防污涂料節(jié)省2.18%的油耗。實(shí)驗(yàn)證明：有機(jī)硅防御性涂料與自拋光型防污涂料相比，其不僅含有極低的防污劑，還具有低表面能的特點(diǎn)帶來(lái)的降低航行中的摩擦阻力的性能。有機(jī)硅水凝膠防污涂料在倡導(dǎo)綠色環(huán)保、節(jié)能減排的大環(huán)境下有望被廣泛應(yīng)用。

4 有機(jī)硅低表面能防污涂料的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 有機(jī)硅低表面能防污涂料存在的問(wèn)題

有機(jī)硅類低表面能防污涂料具有許多的優(yōu)點(diǎn)但它仍然重要有許多的問(wèn)題有待解決。首先其對(duì)于船舶航行的速度的控制依賴性強(qiáng)，對(duì)于高速水道行駛的中小型貨運(yùn)船只有效，對(duì)長(zhǎng)期需要停留在高速船舶運(yùn)行碼頭或者慢速水道航行的中小型貨運(yùn)輪船防污效果不佳，對(duì)大中型的舶船防污效果不佳;其次它在整體船殼上的粘結(jié)強(qiáng)度也比較差，通常難以與整個(gè)船體的外殼表面涂層緊密結(jié)合，極易在無(wú)機(jī)物和水流的強(qiáng)力沖刷下造成涂層脫落。在實(shí)際的應(yīng)用中，必須通過(guò)大量使用中間過(guò)渡的涂層來(lái)增強(qiáng)其連結(jié)的能力，因此極大的提高了其施工的難度，降低施工的效率;而且對(duì)于硅藻類生物去除效果差，即使是船只高速的行駛，硅藻類的生物也很難完全去除;最后有機(jī)硅低表面能涂料在海水的外力作用下極容易被海水破壞，且不易得到修復(fù)。

4.2 有機(jī)硅低表面能防污涂料發(fā)展前景

雖然合成有機(jī)硅低的表面能防污材料在使用上仍然存在許多的問(wèn)題，但隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展以及人類的不斷努力探索，最終的研究將會(huì)徹底解決這些困難。目前來(lái)說(shuō)，對(duì)于合成有機(jī)硅低表面能防污材料的研究主要地集中于：1）可以將有機(jī)聚硅氧烷與表面能更低的有機(jī)含氟聚合物通過(guò)化學(xué)或者物理方法進(jìn)行結(jié)合，從而改善和提高該種類涂料的力學(xué)性能、航行阻力以及防污性能;2）通過(guò)研究和合成有機(jī)聚硅氧烷涂料和聚氨酯含氟共聚物等新型防污基體材料，來(lái)提高和改善最終涂料的力學(xué)性能，增強(qiáng)防污效果;3）還可以加入納米復(fù)合水凝膠以提高低表面能材料的抗粘附性，減少微生物的附著。例如，老人牌有機(jī)硅防污漆X7 89900，以及田澍設(shè)計(jì)的一種納米銀水凝膠/有機(jī)硅復(fù)合雙網(wǎng)絡(luò)防污涂層;4）可以在低表面能材料表面接枝抗菌劑，如季銨鹽（QAS）等，來(lái)增強(qiáng)涂料的防污效果。例如，仇春紅等人將季銨鹽與有機(jī)硅涂層和丙烯酸涂層結(jié)合，有效提升了涂層的抗菌性，減少了微生物在涂層表面的附著;5）將自拋光型防污材料和低表面材料相結(jié)合。

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作者簡(jiǎn)介：劉巖（1998-）， 男，山西省運(yùn)城市芮城縣，漢，本科，山西大同大學(xué)，研究方向：化工。