海洋生物污损是指海洋中的动物、植物或微生物在海洋结构物表面附着、定殖、生长的过程。海洋生物污损包括四个阶段:第一阶段,蛋白质、多糖和脂类等有机物和一些无机物会附着与基材表面形成一层蛋白质膜;第二阶段,细菌和硅藻等微生物附着在蛋白质膜上快速生长并分泌保外生物大分子如蛋白质、多糖等,形成一层生物膜;第三阶段,海藻孢子和原生生物附着在生物膜上生长;第四阶段,大量大型污损生物继续附着生长,形成严重的生物污损层。
海洋生物污损会增加船体的质量和表面粗糙度,大大增加了船舶行驶的阻力,同时由于污损生物总量通常巨大,造成船体重量大大增加,给使船舶行驶带来额外的燃料消耗。此外,附着微生物会随着船只的航行迁移至其他地方,对当地生态平衡构成冲击,引发外来物种入侵的风险。目前,生物污损因其影响的广泛性和防治复杂性而成为广为关注的世界性难题。据统计,全球每年因生物污损造成的经济损失超过1500亿美元。
因此随着对海洋资源的深入探索开发,生物污损带来的问题也日益引起人们的关注,促使人们不断探索、采取各种措施来防治这些生物的附着与生长。经过人们不断努力和探索已经找到多种防污的方法和策略,在众多方法策略中,又以涂装防污涂料是成本最低、操作便捷、最有效、最普遍的方法。防污涂料主要是通过在涂料中添加防污剂,如氧化亚铜、有机锡、氧化锌等,并使其在海洋环境中逐渐释放,驱逐甚至杀死污损生物,从而达到防污的目的。
经过长期的研究,人们发现这类防污涂料能起到明显的防污效果,但其自身也存在一些不足。目前海洋结构物涂料为了能够起到抗生物污损的效果,多将防污剂颗粒均匀分散在基料树脂中,涂层中的防污剂是通过“溶解”和“渗出扩散”的物理方式释放到海水中。防污剂作用的有效期跟其随着在海水环境中的溶解扩散速率有关,而在使用初期防污剂扩散浓度较高,能够起到较好的抗菌作用,随着使用时间的延长,防污剂扩散浓度迅速降低,使用周期短,无法长效抗生物污损。
近年来,低表面能防污涂层在防治海洋污损生物方面引起了相关研究人员的广泛关注。低表面能防污涂层通过其表面低表面能和低弹性模量特性具备优异的动态防污性能,使海洋生物难以附着生长,即使在涂层表面存在海洋生物,也会因生物与涂层之间较弱的粘结作用,在海水流动情况下实现脱附。然而通过研究表明,低表面能防污涂层在静态海水条件下的防污期效较短。另外,低表面能防污涂层因其自身低表面能特性也造成其与基材结合强度较低等问题。
基于低表面能防污涂层自身优异的动态防污性能,开发一种制备工艺简单,成本低廉,与基材结合强度高且能够长效抗海洋生物污损的低表面能防污涂层是当前海洋防污技术领域亟需解决的问题。为解决现有技术中存在的问题,该发明提供一种高效静/动态防污涂层及其制备方法及应用,可以显著提高与基材的结合强度,并延长涂层静态防污期效,以此满足海洋结构物在静态海水条件下的防污需求。
相较于现有技术,该发明的有益效果在于:1、发明首次创新了能够与基材紧密结合且具有高效静/动态防污性能的防污涂层,利用硅橡胶与环氧树脂间所具有的微相分离效果,所述防污涂层底部富集的环氧树脂可与环氧树脂防腐底漆具有高界面结合强度,采用拉拔法测试其界面结合强度可达到4.01±0.22Mpa;同时涂层表面富集的硅橡胶可以依靠自身低表面能与低弹性模量特性减少污损生物的附着,赋予涂层优异的动态防污性能,即使少量污损生物附着在涂层表面,也可通过污损生物在涂层表面附着引起的pH值变化,智能释放氧化亚铜防污剂致使污损生物死亡,并通过硅橡胶自身低表面能与低弹性模量特性使死亡的污损生物从涂层表面有效脱附,实现高效静/动态防污性能。
2、发明所设计的高效静/动态防污涂层相较于传统防污涂层具有显著的进步,采用实海挂板测试方法评估所述涂层静态防污性能,其在海水中静态浸泡91d后,防污评分仍可大于85分,采用旋转法评估涂层动态防污性能,涂层静态浸泡不同时间后在海水中经过旋转冲刷,防污评分均可大于90分,有效解决低表面能防污涂层静态防污期效短的问题,并结合硅橡胶自身优异的动态防污能力实现高效静/动态防污性能;
3、发明提供了新型所述高效静/动态防污涂层的制备方法,所涉及的涂层制备原料成本较低,且制备工艺简单,可以实现涂层的低成本化与制备工艺的简便化,同时由于本发明所述制备方法显著提高了防污涂层与基材的结合强度,并延长了涂层静态防污期效,能够于海水中长久稳定地发挥防污性能,减少了使用后期涂层修补或更新的额外消耗,充分满足了海洋结构物在静态海水条件下的防污需求。
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