环保无毒防污涂料的研究现状及进展

作者:王师傅 分类:涂料 日期:2021-06-23 18:58:48 浏览:305

宋1人、2人、2人、2人、侯2人、徐元浩2人

(1)海军426工厂驻大连军事代表处,辽宁大连116000;2.山东青岛海洋化学研究所有限公司266071)

论述了防污涂料的发展历史、研究现状和发展前景。

关键词:环保无毒防污涂料;发展历程;研究现状;发展前景

中国图书馆分类编号:TQ630.7文件识别代码:文章编号: 1009-1696(2015)03-0021-05

1middot防污涂料的发展历程

防污涂层是指一种用于防止海洋生物附着在船舶、海洋设施、管道等表面的保护涂层。从而加速腐蚀并影响其使用寿命和效率。防污涂料能保持被保护物体的浸入部分光滑无污垢,主要用于船舶、海洋设施、海水和淡水管道等防污工程。

在海上航行的船舶,当船底被海洋生物附着时,会增加航行阻力,降低航行速度,增加油耗,增加机械设备零部件的磨损程度。海洋生物的附着也会破坏防护漆膜,加速船体钢板的腐蚀,不仅增加了船舶的维修成本,也降低了船舶的航行率。涂防污漆是防止海洋生物附着的一种经济有效的措施。

两千多年前,人们用薄铅板覆盖木质船体的船体,以保护船底;公元前5世纪,人们在船底涂上砒霜、硫磺和油的混合物,以防止海蛆的附着;17世纪,人们开始使用铜板作为木船的防污材料。18世纪,英国海军开始大量使用铜来解决海洋生物污染木船的问题[1];19世纪,随着钢壳的出现,铜加速了钢壳的腐蚀,最终废除了覆铜板的抗污染技术。但人们意识到铜离子对海洋生物的杀灭作用,开始了以铜离子为有毒物质制造船底防污涂料的历史[2]。

1906年,海军造船厂成功生产了一种以热塑性树脂为成膜材料的防污涂料。1926年,美国海军在船舶防污涂料中成功使用松香,并使用铜和氧化汞作为有毒物质,使船舶防污涂料的防污期从9个月增加到18个月。有机锡作为有毒物质在海洋防污涂料中的应用始于20世纪50年代中期。三丁基锡(TBT)被发现具有广谱性和高毒性,含TBT有毒物质的海洋防污涂料已被成功开发并迅速商业化[4]。20世纪70年代,开发了一种长效有机锡自抛光船舶防污涂料(TBT-SPC),主要是以水解甲基丙烯酸三丁基锡为成膜物质,氧化亚铜为毒性物质,添加氧化锌等颜填料制备而成。

目前,亚洲是地球上有机锡污染严重的地区之一,其中日本和台湾省部分港口的牡蛎出现了女性化现象[10-15]。据调查,有机锡化合物是人工引入海洋环境的剧毒物质,我国许多内陆水域也发现了TBT污染[16]。为了防止含有有机锡有毒物质的防污涂料对环境的污染,从20世纪80年代末开始,美国、英国、法国、日本和一些欧洲国家相继对有机锡防污涂料的应用实施限制[17-19]:1985年,英国制定了防污涂料管理条例;1988年,美国国会通过法案,控制有机锡防污涂料的使用;1989年,日本禁止在防污涂料中使用三苯基氯化锡;1995年,中国发表了《21世纪海洋发展宣言》,明确提出了发展无污染海洋防腐防污技术的必要性和紧迫性。2000年10月,国际海事组织(IMO)规定,含有机锡防污涂料的* *最终使用期应为2003年1月1日,涂有此类涂料的船舶的* *最终使用期应为2008年1月1日。也就是说,2008年以后,任何涂有有机锡涂层的船只都不允许在海上作业[20-21]。于是,无毒防污涂料的研发开始了。

2middot环保无毒防污涂料的研究现状

目前新型环保无毒防污涂料主要有无锡自抛光防污涂料、低表面能防污涂料、电解防污涂料和仿生无毒防污涂料。

2.1无锡自抛光防污漆

无锡自抛光防污涂料(TF-SPC)是无毒防污涂料之一,也是替代传统有机锡自抛光防污涂料的主要品种之一。这类防污漆的主体是一种具有自抛光特性的可水解聚合物[22],其防污机理与有机锡自抛光防污漆相似,只是在共聚物中用铜、锌、硅等其他非锡金属代替有机锡。由于聚合物本身水解达不到足够的防污能力,防污涂料应使用氧化亚铜作为防污剂,同时添加各国环保部门认可的有机辅助生物杀灭剂[23]。有机防污添加剂从涂层中释放出来后,可以迅速降解并失去毒性,因此对海洋环境的危害较小[24]。无锡自抛光防污涂料常用的共聚物主要是铜、锌、硅和一些低分子聚合物与丙烯酸共聚物的羧基结合。

铜防污剂对藤壶、底栖动物和大部分藻类都有较强的防污活性,但对浒苔、水云、曲杆藻等几种藻类没有影响,它们是海洋附着生物的* *种以上。因此,铜防污剂必须与其他有机防污添加剂一起使用,才能使防污涂料对附着的海洋生物产生广谱的中毒效果。

2.2低表面能防污涂料

低表面能防污涂料的防污机理:涂料表面能很低,海洋生物很难附着在涂料表面,即使附着不牢固,在水流或其他外力作用下也容易脱落。由于低表面能防污涂料是基于涂层表面物理作用的防污,不释放有毒物质,从根本上解决了防污涂料对海洋环境的污染问题,因此成为目前船舶防污涂料的研究热点之一[25-27]。一般认为涂层的表面能低于25mJ/m2或涂层与液体的接触角大于98°。只有当涂层具有优异的防污和解吸清洁功能时[28]。

2.3导电防污漆

导电防污涂料是一种通过漆膜表面的微弱电流电解海水产生次氯酸盐离子,达到防污效果的涂料。它使用导电涂层作为阳极,船底与海水接触的其他部分作为阴极。当小电流通过时,会产生次氯酸盐离子。由于其在海水中产生的次氯酸盐离子浓度低于自来水中的浓度,所以导电防污漆不污染环境[29]。20世纪90年代,日本三菱重工有限公司开发了这种导电防污漆[30]。另一种导电防污涂料是在没有电流的情况下,使用导电高分子材料作为防污的有效成分。1992年,我国开始研制以导电聚苯胺为主要防污剂的涂料[31],直接涂在裸碳钢板上。挂片试验9个月后,没有海洋生物附着生长。与其他共轭导电高分子材料相比,聚苯胺价格低廉,合成工艺简单,稳定性好,不仅可以防止藤壶等海洋污损生物的附着,还可以去除早期附着的海洋生物粘液。金光洋等[32]研制了海水电解偏氯乙烯-氯乙烯共聚树脂系列无污染防污涂料及其涂装体系。电解防污法和船体电化学保护法相结合,经济持久,但技术难度大。由于需要外加电流或涂覆导电涂层,所以到目前为止还不能在船体大面积使用,但已经在小面积成功应用,如电厂的出线口[33]。



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