环境友好型防污剂及海洋防污涂料的研究进展.pdf

2009年8月
材料开发与应用
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文章编号:1003-1545(2009)04-0069-06
综述
环境友好型防污剂及海洋防污涂料的研究进展
刘超2,付五彬',郑纪勇2
(1.中国海洋大学材料科学与工程研究院,山东青岛266100;
2.海洋腐蚀与防护国防科技重点实验室,中国船舶重工集团公司第七二五研究所,山东青岛266071)
摘要:本文概括了海洋生物的附着过程及其影响因素,介绍了环境友好型防污剂与海洋防污涂料的发展概
况,并对未来环境友好型防污涂料的发展作了展望。
关键词:防污涂料;环境友好型涂料;防污剂;附着
中图分类号:TQ630文献标识码:A
海洋污损生物( marine fouling organisms)又的防污涂料,并已有大量的研究和文献见诸报
称为海洋附着生物,通常是指生长在船舶外壳水道。本文中笔者对近几年来环境友好型海洋防
线下部分和海洋人工设施表面上,并对人类的经污涂料的最新研究进展加以综述。
济活动带来巨大损失的海洋生物,包括海洋动
物、植物和微生物り。海洋生物的附着会增加船1海洋生物的附着过程及其影响
舶的航行阻力,降低海洋渔业的产量及质量,加
因素
速腐蚀海洋中的建筑及设施,显著缩短使用寿
命。全世界每年由生物污损造成的损失难以估
海洋生物的附着是一个复杂的过程。过去
算,因此,海洋防污问题是海洋运输、海洋工程及的30年里,人们对海洋生物的附着行为及其影
海洋渔业的重要课题2】。
响附着的因素进行了大量研究,对海洋生物的粘
为了降低海洋生物附着的危害,人们研究了附机理有了初步的认识3叫。当一种材料或物
多种防污技术,主要有电解海水防污、电解重金体浸入海水中后,表面很快就被单层的聚合物材
属法、机械清除法、超声波防污、导电涂膜法和涂料所覆盖,通常称为调节膜。它是由蛋白质占主
装防污漆防污等,然而,在诸多的防止海洋生物要成份的有机大分子沉淀或吸附而形成的。紧
附着生长的方法中,使用防污涂料是解决多数海接着,细菌会很快粘附在调解膜上,细菌分泌胞
洋污损问题的既经济又高效,既简单又广泛的方外多糖,将细菌与基体、细菌与底物相互连接,形
法。在过去的几十年中,涂刷含有机锡等有毒防成细菌生物膜。几乎同时,单细胞的硅藻也会附
污剂的防污涂料曾被大量使用,这种防污涂料虽着,以细菌同样的方式繁殖,形成一层薄的粘膜。
然具有很好的防污效果,但是,有机锡等有毒防粘膜的颜色可由半透明乳白色变成黄绿色。随
污剂在水中稳定且会积累,可以通过生物富集作后,当海洋中漂浮、游动的附着生物的幼虫和孢
用危害海洋生态环境甚至人类健康。因此,国际子接近已形成微生物粘膜的浸海物体的表面时,
海事组织(IMO)明确规定,从2008年1月1日便发生如下过程:表面接触一表面滑动一一找
起,所有运营舰船将不得使用此类涂料们。鉴于寻适当位置一分泌粘液增强附着一一系列变
此,各国都在积极研发无毒防污剂和环境友好型态生长并附着于近海物体表面一一不断繁殖生
收稿日期:2009-03-11
作者简介:刘超,1984年生,男,山东淄博人,中国海洋大学在读硕士研究生,师从付玉彬副教授。现在的研究方向为涉
海材料的开发。
万方数据
材料开发与应用
2009年8月
长扩大,从而导致材料的生物污损。
的具有海洋生物防污活性的物质,这些生物活性
海洋附着生物的种类和数量与船舶所处的物质包括有机酸、无机酸、内酯、萜类、酚类、甾醇
物理状态、时间、地理位置及环境条件有关。舰类和吲哚类等天然化合物,这些天然化合物来源
船浸水部位在动态和静态条件下,附着生物的种于自然界,降解速度快,不会危害环境,有利于保
类也有明显不同,水浅部位以藻类和藤壶为主,持生态平衡。
并且附着速度较快。舰底部位则以贝売类或软
近年来,各国在天然生物活性物质的提取方
体动物为主。一般来说,海生物的附着量和舰船面做了大量研究工作,并获得了一系列具有防污
在港湾相对停靠的时间成正比。不同季节,附着活性的天然产物。Tod等首次从大叶藻中分
生物的种类和数量也不一样,这主要是由于海水离到Pー肉桂酸硫酸酯,能有效地抑制海洋细菌
的温度变化产生的。海水的温度影响海洋生物和纹藤壶的附着; Hirota[等从海绵中提取的活
的生长发育和繁殖。除此以外,海水中营养物的性物质倍半萜烯类,能够强烈抑制纹藤壶幼虫的
浓度、盐度、pH值和日照的多少等都会影响海生附着。海绵提取物的防污机理是通过干扰海洋
物的附着。据报导,在低盐度的环境下,大多数附着生物触须的运动,使污损生物在附着的初期
常见的海洋污损生物的生长率会放缓,并且难以阶段就被抑制。许多海洋细菌和真菌本身也会
达到最大的尺寸甚至发生畸形。另外,船舶的设分泌一些活性物质,抑制污损生物的附着。Mary
计和材料本身的性质(如材料的组成,材料的表等从纹藤壶表面形成的细菌生物膜中分离出
面自由能)均可影响海洋生物的附着。 Rascio等16种细菌,其中12种具有抑制网纹藤壶幼虫附
研究发现,当舰船的航速超过6n时,生物将难以着的作用; Holmstrom]等发现菌属 Pseud
附着。表面粗糙或表面能高的材料容易发生附 oalterom onas许多种群中含有防生物附着的化合
着,而表面光滑或表面能低(<25mWm,接触角物,其中最为有效的为P. tunicate,P. citra和
大于98°)的材料不利于生物的附着。柔软和不P. rubra3种。马悦欣?等研究表明,海藻表面
稳定的材料表面难以附着。强酸(pH<5)或强的附生细菌能帮助宿主阻止真菌等污损生物的
碱(pH>9)性表面以及具有一定浓度的防污剂附着。
的表面,均可抑制生物的附着。通过技术手段,
从陆生植物中也得到了许多可作为防污剂
使材料表面带有适当的电流,也会阻止生物的附的活性物质。中国海洋大学,天津科技大学和国
着。此外,生物间的相互作用也会影响附着生物家海洋局第二海洋研究所进行了辣椒素(来自于
的种类和数量。
胡椒、辣椒或洋葱)的提取与人工合成工作。国
家海洋局第二海洋研究所的林茂福等用辣椒素
2环境友好型(新型)防污剂
与有机粘土复合制得的防污涂料,可有效抑制污
损生物。这种涂料不会杀灭附着的海生物,而只
环境友好型防污剂,即无毒防污剂。防污涂是驱赶作用。专利CN147166A?报道了一种
料的功能主要是依靠防污剂来实现的。传统的用辣椒碱作防污剂制得的自抛光防污涂料。
防污剂会污染环境,破坏生态平衡,所以无毒防
Stupak M E?等从粟子、含羞草、白坚木中
污剂应当满足以下几项要求:(1)在一定浓度下,提取出苯甲酸钠和丹宁酸作为防污剂制备防污
对污损生物有效,而对非污损生物无效;(2)在环涂料,能够成功抑制纹藤壶的附着。实验室研究
境中半衰期短,容易降解,能防止在食物链中的表明,这两种物质对甲壳虫的幼虫有麻醉作用,
生物富集到有毒水平;(3)适于工业化生产,并且但只要将其置于新鲜海水中,它们又会苏醒过
对自然界生态平衡无危害;(4)符合政府法规,对来。日本研究人员从生姜中提取出了3种异
大气和水无污染、人体健康无危害。目前,无构物6-,8-,10-生姜酚,证明其防止始贝附
毒防污剂主要分为天然生物防污剂和人工合成着的能力比 Cuso高3倍。
防污剂两种。
虽然天然防污剂的研究已取得一些有价值
2.1天然生物防污剂