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黄艳，胡 晖，梁国正 ( 西北工业大学理学院应用化学系，西安 710072) 摘要：综述了近几年来开发出的几种新型防污涂料的情况，从防污机理出发，重点介绍了低表面能防污涂 料、仿生涂料、无锡自抛光防污涂料等，并对无毒防污涂料今后的发展进行了展望。     关键词：无毒性；防污剂；防污涂料     1 引言     船舶水线以下的壳体长期与海水接触，不但受到海水的腐蚀，而且其表面常常附着海生物，使船舶的航速下降、燃料消耗增加 ( 最高能达 30 ％ ) 、船壳腐蚀速 度加快，此外，还危害水中的平台设施和水产养殖，易 引起电厂冷却水管道阻塞等。     目前已有系统的防止海洋生物附着生长的技术， 其中以防污涂料发展得最快，应用最为广泛。早期的 防污涂料使用砷、汞等化合物作为防污剂，由于其毒性 太大而早已被淘汰。随之是以氧化亚铜为防污剂基料 的可溶型防污涂料，后又发展到高铜化合物基料的不溶型防污涂料 ( 以高聚物为主要基料 ) 和有机锡及有机锡一氧化亚铜复合毒剂型防污涂料，再到高性能、长期效、施工性能优良的有机锡自抛光防污涂料 (SPC) ，使防污涂料技术向前迈进了一大步。     含 SPC 的防污涂料虽然具有防污和减阻双重功 效，但毒性较大，对海洋污染严重。研究表明，有机锡 含量高于 0 ． 1 × 10 -6的海水将影响海洋生态环境，严重影响海生物的生长、繁殖，还使得海生物发生遗传变异。随着环保呼声的日益高涨，各沿海国家纷纷立 法限制有机锡的使用。因此开发研制对环境无污染的新型无毒防污涂料已是大势所趋。目前，新型无毒防 污涂料的开发主要通过以下几种途径 ：① 改变涂层表面的物化性能；②采用生物仿生技术；③ 利用涂层的自抛光机理；④ 降低涂料表面的自由能。     2 低表面能防污涂料     2 ． 1 防污机理     有资料报道，生物污损与表面能有很大的关系。固体表面自由能越低，附着力越小，固体与液体表面的 接触角就越大。涂料具有很低的表面能，海生物就难 以在上面附着，即使附着也不牢固，在水流或其他外力作用下很容易脱落。传统的毒性防污涂料一般只对某 些海生物有抑制作用，而且随着毒性物质的不断释放， 其防污效果也逐步下降。低表面能防污涂料 ( 也称为无毒污损物脱落型防污涂料 ) 由于其上的附着界面非常弱，利用自重、航行中水流的冲击或辅助设备的清理 可以轻易除去。更为重要的是，低表面能防污涂料是 基于涂料表面的物理作用，不存在毒性物质的释放损 耗问题，能起到长期防污的作用。目前应用的低表面 能材料主要是有机硅系列和有机氟系列材料。      2 ． 2 防污性能的影响因素     (1) 表面能 ( 表面张力 ) 。表面能可以反映一个表面 与另一个表面形成连接的能力，表面能足够低是低表面能防污涂料应该具备的很重要的条件。因为海生物 附着的初期是通过分泌黏液润湿被附着表面来实现 的，黏液对低表面能的表面浸润性差，从而接触角小，难以附着或附着不牢。对低表面能防污涂料而言，其 表面能小于 2 ． 2 mN ／ cm ，接触角小于 97 ° 。     (2) 表面分子流动性。海洋黏附物可能诱发被附着 物表面的分子运动，产生瞬时的孔隙，促使黏液渗透。对这种作用进行消除的方法是：在表面上聚集定向的、紧密排列的官能团，对其进行交联固定，从而阻挡黏液的入侵及随之而来的分子重排。而且在固化后涂层保持一定量的低表面能液体，它们可不断补充、修复磨损 的表面。     (3) 防污涂料要与防腐底漆有良好的附着力和配套性。     2 ． 3 低表面能防污涂料的最新进展     有机硅系列化合物包括硅氧烷树脂、有机硅橡胶及其改性物质等。有机硅化合物具有憎水性，其表面张力很低，而且结构极稳定。硅橡胶系涂料具有憎水 性及弹性，可防止海生物附着，但是该涂料成本较高、不易施工、涂膜过软、易被破坏，所以它的应用受到了 限制；如果在涂料中添加相对分子质量低的甲基硅氧烷，则相对分子质量高的硅橡胶等基料的强度、抗撕裂性能会提高很多。目前美国海军正在快速舰艇上试用 这种涂料。      Kenneth R 等 用具有低表面能的不溶于水的分子链段和水溶性分子链段聚甲氧基三乙二醇丙烯酸酯 (PMTGA) 开发了一种嵌段共聚物，嵌段共聚物在空气中进行自构象后呈现很低的表面能，并具有很高的防污性能，即使将其从液态环境取出暴露在空气中，其防污性能也不会降低。 开发低表面能有机硅防污涂料的关键是解决涂料对底材附着力差的问题。有资料显示 ，利用三层 涂料体系：环氧聚酰胺防腐底漆、苯乙烯丙烯酸丁酯与聚硅氧烷的互穿网络黏结的中涂层、有机硅防污面漆，可以较好地解决防污剂与防腐底漆的附着问题。研究发现，全氟化物具有极低的表面能，其表面碳原子上的氟原子的数量是影响表面能的重要因素。当将全氟化物表面活性剂混入含极性基团的液态聚合物中时，表面活性剂在聚合物表面就会形成一单分子层，该单分子层随着聚合物的变硬而被固定下来，不能再随意移动。全氟化物表面活性剂的加入量一般为 10 ％ ( 质量分数 ) 。例如，在环氧树脂中加入 10 ％ 的全氟辛酸，会使其临界表面张力从 4 ． 5 × 10 -4 N ／ m 降到 1 ． 63 × 10-4 N ／ m ，该值低于聚四氟乙烯 (PTFE) 的表面张力。     聚四氟乙烯 (PTFE) 的表面能是极低的，但因其不 溶于溶剂，难熔化、软化，无法用普通的方法制成涂膜， 因此转为研究其衍生物，如氟化环氧、氟化多元醇、氟化丙烯酸酯等。美国海军研究实验室 Griffith 等人认为氟化环氧树脂可用于制备性能优良的低表面能防污涂料。他们设计环氧化合物的指导思想是：一方面使分子中的含氟量增加以满足低表面能的要求；另一方面尽可能使分子呈不对称结构，以形成液态而便于加工。这种涂料通常采用氨基硅氧烷作固化剂。     最近有一种新型的 LSEC( 氟代聚硅氧烷 ) ，其代表 产品 PNFHMS(polynonafluorohexy 1 methylsiloxane) 及 PTFPMS(poly trifluoropropylmet hylsiloxane) 的结构如图 1 所示。线型的聚硅氧烷骨架上带有氟碳侧基，— CF ， 在涂膜中将取向表面，这样兼具了线型聚硅氧烷的高 弹性及高流动性和氟碳基团的超低表面能特性。 点击此处查看全部新闻图片   第 1/3 页　首页　下页　尾页 中国艺术涂料网“转载文章，请注明：文章来源中国艺术涂料网”