无毒防污涂料的研究进展

近年来，随着人们对海洋环境保护的日益重视，无毒防污涂料的研究也取得了很大进展。无毒防污涂料主要是指具有以下特性的防污涂料：(1)在环境中能迅速降解；(2)在环境中分解成对防污对象有作用的药剂，而对非防污生物毒性最小；(3)在环境中半衰期短，并能分解，以防止在食物链中的生物或泥浆中沉积到有毒水平；(4)对涂覆操作者无害。就无毒防污涂料的种类而言，目前大体可分为以下几类：低表面能防污涂料、生物化学防污涂料、碱式硅酸盐防污涂料、以及其他技术应用于防污涂料等。

1、低表面能防污涂料
    目前研究较为成熟的低表面能涂料有两类：一类是氟化物系列低表面能防污涂料，另一类是有机硅系列低表面能防污涂料。
    SehmidtD．L．等研制出一种全氟烷基聚合物表面活性剂，此类表面活性剂是利用聚(2-异丙基)-2-(嗯唑啉)使全氟烷基聚合物表面活性剂交联。在失去溶剂和加热时，表面活性剂聚合形成共价键交联结构并失去电荷。由于涂层中的交联密度高，取向R基被固定，从而抵抗粘附分子渗入又能防止粘附物引起分子重排。实验表明，海洋生物对利用此类表面活性剂制成的自组合水性氟聚合物防污涂料的涂层粘附明显低于其对PTFE和其他含氟聚合物涂膜的附着强度。
    Ristch和Castlow等人研究了藤壶附着舰船的机理，发现舰船底材的低表面能(与表面张力和潮湿度有关)对藤壶附着有很大的影响，他们认为藤壶易附着于有较高表面能及潮湿的地方。田军、薛群基等人对聚四氟乙烯材料涂层的水润湿性进行了研究，计算出涂层表面能色散分量和极性分量，由于此类涂层上的表面能色散分量较低，因此使藤壶的附着延迟，影响了藤壶的发育程度，从而可以获得较低的污损。

2、生物防污涂料
    生物防污涂料是目前无毒防污涂料中研究最为活跃的一类，通过研究海洋／陆生植物、海洋动物、海洋微生物中天然产物的防污活性，可以开发出既具有防污特性又不危害海洋生物，有利于保持生态平衡的防污涂料。
2．1植物类防污涂料
    某些植物中的有效成分被人们发现具有防止海洋污损物附着的特性。如辣椒中含有的辣味成分使辣椒具有辣味，利用辣椒的辣味可以驱赶海洋生物对舰船的附着。
    美国专利中介绍的含有辣椒粉的防污涂料是在舰船的表面先涂一层防水粘合剂和涂料，然后在未固化的粘合剂层上沉积一定数量的牛角辣粉，之后还可涂上一层铜粒。但此种涂料的缺点是由于辣椒粉层渗入涂料或进入涂料周围的水中，因此有效期较短。
    我国科学家研制的辣椒素类防污涂料是从天然无污染的辣椒中提取生物活性物质，并与有机粘土复合而成的，此类防污涂料不会杀灭附着的海洋生物而只是起到驱赶的作用。此类防污涂料在南海、东海、黄海及北太平洋等海域的7条实验船涂装，中试结果表明，辣椒素类防污涂料具有明显的防污效果，驱赶了海洋生物的附着，减少了舰船在航行中的阻力，达到了节约能耗的作用。中试结果还发现：此类辣椒素类涂料对抑制对船底危害作用最大、出现频率最高的藤壶有特效。
    最近的研究还发现，从桉树叶子甲醇提取物中分离出的1，2-二苯乙烯糖苷和土大黄苷酰化合物，经过生化试验证明它们对紫贻贝的附着也有一定的忌避作用，但尚未见将以上化合物用于合成无毒防污涂料的报道。

2．2动物类防污涂料
    从海洋动物中提取具有防污活性的天然产物(天然生物防污剂)，也是制造环保型防污涂料的一种途径。到1993年止，已发现有52种具有防污活性的物质，预计今后将有更多的防污剂被分离、提取出来。
    珊瑚、海绵等海洋生物本身就能通过新陈代谢而产生具有防污性能的物质，可利用此类生物提取物来合成防污涂料。海绵的提取物能够干扰海洋附着物的触颈运动，从而使海洋生物在初始附着阶段就能被遏制住，将此类提取物与硅氧烷树脂、环氧树脂、氯基树脂等基料制得防污涂料，经试验发现可以有效地防止海洋生物的附着。

2．3微生物类防污涂料
    我国科学家近年来对有关海洋细菌对舰船防污的影响也比较活跃。付玉斌研究了浸海氧化亚铜的防污表面粘膜中异养细菌的组成和数量变动情况，结果表明：粘膜中异养细菌由气单胞菌属、发光杆菌属、假单胞菌属、弧菌属、莫拉氏菌属及产碱菌属等组成，形态特征为具有鞭毛的革兰氏阴性杆菌或球杆菌。浸海初期气单胞菌属为优势群，但是，随着浸海时间的延长，生物粘膜中优势类群频繁发生演替，粘膜中细菌数量初期增加很快，但达到一定数量后，就处于一种平衡状态，这表明防污涂料的表面逐渐形成了成熟的生物粘膜。
    总的说来，利用从海洋植物、动物、微生物中提取的有效成分和利用化学物质合成相关生物体的分泌物来进行舰船防污是一种有效而环保的方法，但目前此类研究仍处于实验室阶段，离大规模的工业化生产还有很大的距离，主要是因为此类天然防污剂在制成涂料后的活性保持问题及高昂的生产成本所致。因此寻找广谱的生物防污剂及降低提取成本是今后研究的重点。

5、无毒防污涂料的发展趋势
    目前无毒防污涂料的重点是尽快开发出高性能、高使用寿命而对海洋环境影响最小的防污剂，并将目前已研制出的新型生物防污剂的防污功能在其使用寿命期内尽可能多地释放出来，以及研制出含铜防污剂、新型聚合物防污剂、生物防污剂相容的综合性防污涂料。

为美国及欧洲相关机构认定的环保产品，不含有毒的挥发性物质，可以达到美国及欧洲食品级标准。在食品、医药领域也可以得到广泛的应用。