关键词：无毒防污涂料；低表面能；生物防污；硅酸盐；研究进展；发展趋势

    0 引 言

    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

    20 世纪 7O 年代以来，各国的研究人员就开始致力于低表面能涂料的研究。人们通常将表面能 <100 mN ／ m 2 的有机聚合物或蜡的表面称为“低表面能表面”。

    由于海洋生物对舰船表面的附着通常是以化学键合、静电作用、机械联锁、扩散等方式进行的，而污损物从涂料表面则是以剥离、平面剪切、非平面剪切等方式脱落。其中，剥离脱落所需要的能量较小。因此低表面能防污涂料作用机理就在于利用涂层较低的表面张力，使污损生物与涂料的涂膜表面浸润性差，接触角小，从而难以附着或附着不牢 ，此类涂料的涂膜表面弹性模量较低，从而使粘附脱落倾向于剥离脱落方式。

    目前研究较为成熟的低表面能涂料有 2 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。

    聚四氟乙烯 (PTFE) 的表面能很低 (18 mN ／ m 2 左右 ) ，应该具备很好的防污效果，但实际 P'ITE 的防污性能并不理想，这可能是因为其表面多孔造成的，因此更多的研究着重于建立起一个含氟范围堆积良好的表面，从而使其表面能尽可能低，并进行交联或表面基因固定，以阻止粘液的分子重排和渗透，从而 达到防止海洋生物附着的目的。

    Sehmidt D ． 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 J 。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 。

    早在 1977 年美国海军就开始研究一种称之为 PTFE 无附着涂料，另外他们采用全氟烷基聚醚、聚氨 酯为原料，粒径为 1O μ m 的聚四氟乙烯粉末为填料的防污涂料，已有在航 7 年的记录，但只适用于小船。由于氟聚合物成本较高，有机硅系列化合物 ( 包括硅氧烷树脂、有机硅橡胶 ) 及其改性物质等作为低表面能防污涂料也日益受到人们的重视。有机硅化合物的憎水性使其表面张力低，结构稳定。在海水中长期浸泡，结构的变化也很小，而硅树脂的弹性也可防止海洋生物的附着。

    美国学者曾采用室温固化橡胶和硅油的化合物制成了无毒防污涂料，防污期可达 10 年，但涂层的质量较差，在施工与贮藏的过程中存在许多不便 。通常，要想获得较为理想的有机硅低表面能涂料，首先要保证其在海洋环境中的稳定性，不易水解，而且涂层厚度适宜，以使污损物的脱落方式以剥离的方式进行。由英国国际涂料公司研制的牌号为 INTERSLEK 的防污涂料则是一种硅基弹性体涂料，涂膜表面光滑，因而海洋生物很难粘附在上面，即使有所粘附也易于清除。 Knneth R 研制了一种含硅氧烷树脂的防污涂料，此种涂料具有自抛光涂料的水解特性及硅氧烷树脂的低表面能特性，能从表面缓慢水解以释放硅烷，产生的亲水基团积累到一定程度后，表面硅氧烷树脂溶解、分散，从而释放出防污剂 。目前，含硅的低表面能防污涂料的研究方向应为利用有机一无机复合技术开发出具有低表面能特性及其他特性 ( 如自抛光性 ) 的防污涂料。