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环保无毒防污涂料的研究现状及进展

http://www.coatings.hc360.com2015年05月25日08:41 来源:中国防腐涂料网T|T

    2.4 仿生无毒防污涂料

    从海洋动物、植物和微生物中提取具有防污活性的天然产物(天然生物防污剂)是制造无毒防污涂料的另一个重要途径。20世纪90年代以来,世界各国在生物防污涂料方面进行了大量研究工作[34-36],人们普遍认为生物仿生防污涂料是目前最具环保特色和前景的绿色防污涂料。

    到目前为止,科学家已发现能从海生物中提取近百种具有防污活性的物质,其中,许多海洋植物中都含有防污活性物质。在对海草大叶藻中活性物质进行提取分离时,得到的一种化合物可有效抑制8种海洋微藻和1种细菌的生长。Todd等[37]首次从大叶藻中分离得到了p-肉桂酸硫酸酯,这是一种能够有效抑制海洋细菌和纹藤壶附着,并且安全无毒的活性物质。Denys等[35]从红藻中分离纯化得到一系列次级代谢产物卤代呋喃酮,发现其能够有效抑制纹藤壶、大型藻石莼和海洋细菌等三类具有代表性的污损生物的附着。

    从海洋无脊椎动物中提取防污剂始于20世纪60年代。当时人们发现一些珊瑚表面很少有污损生物,推测其体中可能含有丰富的可防止生物污损的次级代谢产物。研究发现,从八放珊瑚中分离提取得到的3种二萜类物质[38]和4种开环甾族化合物[39]能有效抑制纹藤壶的附着,且对生态环境无不良影响;在对柳珊瑚的防污机理进行进一步的研究中发现,内酯环是柳珊瑚的防污活性基团[40]。海绵是能够产生多种具有防污活性的次级代谢产物的海洋动物之一,从海绵中获得的1种神经酰胺,可以防止大型藻石莼的附着[41];从海绵中分离得到的1种呋喃倍半萜烯能有效防止贻贝的附着[42];Goto等[43]从海绵中获得可用于防止纹藤壶附着的呋喃萜;Hattori等[44]也从海洋海绵中得到3种二氯代碳亚胺倍半萜烯和1种愈创型倍半萜烯,这4种物质都能够强烈抑制纹藤壶幼虫的附着,其防污机理是防污活性物质能够干扰海洋附着生物触须的运动,从而使其附着在初期阶段就被抑制。

    从海洋生物体中提取天然产物用作防污剂的研究已经广泛开展,初步研究结果表明,海洋天然产物的防污作用机制非常复杂,有抑制附着、干扰神经传导(可恢复性麻醉、神经传导)和驱避作用等不同机理,不同种类的海洋天然产物防污机理各不相同。

    为了解决天然防污剂产量少、结构复杂、制造困难以及成本高的问题,人们正在寻求利用人工合成方法来生产防污剂,Sea-nine211是美国Rohm&Haas公司研制的合成防污剂,其组分为4,5-二氯-2-辛基-4-异噻唑素-3-1,毒性小,且只有与海生物相接触时才起作用,在海水中受到天然微生物的降解作用,可使其迅速分解成无毒性的化合物[45],已获得美国环保部门的认可,是世界上第一种获得环保部门认可的合成防污剂。为了达到长期的防污效果,美国海军正在研究微胶囊包封防污剂技术,试图通过控制涂料微胶囊内的防污剂释出速率达到5~7a的防污有效期[46]。

    我国在生物防污涂料的研究领域也取得了一定的成果。早在20世纪60年代,我国曾利用硫杆菌产生酸性生物膜进行防污试验,取得了一定的防污效果,但是由于硫杆菌在实际涂层中长期存活的技术问题一直没能解决,因此未得到突破性进展[47]。

    2002年,国家海洋局第二海洋研究所林茂福领导的研究小组,将辣椒碱与有机黏土混合,研制了一种以辣椒碱为防污剂的低表面能防污涂料[48]。实验室以及实海挂板试验都表明,该防污涂料具有极好的相容性、触变性和较好的防污效果。目前海洋化工研究院有限公司也在开展生物型防污涂料的研制,主要是仿鲨鱼皮结构的防污涂料的研制。

    3·展望

    传统的溶剂型防污涂料不但含有较多的有机溶剂,在涂料的生产和施工过程中会排放大量的挥发性有机化合物(VOC)进入大气,造成进一步的环境污染;而且,其使用的防污剂大多是对环境具有不利影响的有机化合物。环境友好型防污涂料是低VOC、低毒、无毒的防污涂料。以天然提取物作为防污剂的水性防污涂料是环境友好型涂料,是未来防污涂料的发展方向。

    结构仿生主要包括模仿海洋生物的表面肌体构造的仿生技术(如模仿鲨鱼皮、各种鱼类表面构造、海生物的绒毛结构等)、模仿海生物表面渗出物质和低表面能仿生的技术,其中低表面能仿生技术已经有了初步的应用。

    以有机锡自抛光防污涂料为代表的自抛光防污涂料因其防污效果显著、防污期效长曾经一度倍受青睐,虽然目前已禁止使用,但其自抛光特性一直吸引着研究者的目光。目前,无锡自抛光防污涂料已经取代了传统的有机锡自抛光防污涂料而成为船舶防污涂料的主流产品。有机硅低表面能防污涂料也以其完全无毒的防污机理越来越受到各国研究人员的重视,已经成为世界范围内的研究热点之一,我国也已经开展了大量的研究工作。

    全世界每年新造船舶量约3000万载重吨,修船量约1亿载重吨。我国是世界三大造船国之一,年修造船量3000万载重吨,制造每万吨新船需耗用防污涂料50t,旧船维修需防污涂料30t。但所用的船底防污涂料绝大多数是国外大涂料公司(HEMPEL、JOTUN、IP、SIGMA、NIPPON等)的产品,这些涂料公司占据着我国防污涂料市场80%以上的份额,这对发展我国民族工业和自主品牌是非常不利的。为了跟踪防污涂料发展的新动向,增强我国防污涂料产品在国际上的竞争力,缩小与世界先进水平的差距,我国必须开发研制具有自主知识产权的海洋防污涂料体系,这对冲破国外涂料公司防污涂料制备技术壁垒,加强自身技术储备和环境保护具有重要的政治意义和经济意义。同时,相关技术的开发应用可以为我国生产自主品牌的军民两用舰船防污涂料的生产提供技术支持,不但可以振兴我国防污涂料行业,复兴涂料企业,为国家节省大量的外汇,还可为提高我国海军军事装备的现代化建设,为走好科技强军之路做出贡献,因此,研发自主知识产权的防污涂料体系具有重要的社会效益和经济效益。

    参考文献:略

责任编辑:谭蓉

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