低表面能防汙塗料

汙損生物怎麼去除

低表面能防汙塗料

低表面能防汙塗料主要具備以下幾種特點：（1）具有靈活的線性主鏈且各鏈之間相互作用極小；（2）具有足夠數量可自由移動到表面的活性基團，表面能低；（3）低彈性模量；（4）達到分子水平的平滑表面，避免生物粘液滲透而導致機械聯鎖；（5）主鏈和表面活性側鏈具有較高的分子流動性；（6） 適當的塗膜厚度；（7）在海水環境中具有良好的物理及化學穩定性。

目前，低表面防汙塗料主要的研究方向有以下4個：有機矽系防汙塗料、有機氟系列防汙塗料、基於海洋生物表面微結構的低表面能材料的研究和基於海洋生物表面防汙物質的研究。

1有機矽系防汙塗料

1961年Ｒobbart首次提出使用交聯的有機矽樹脂作為海洋防汙塗料，實驗發現用由矽樹脂組成的表面塗層可以極大地避免藤壺的吸附。有機矽樹脂兼有無機和有機材料的優點，由於Si-O鍵的鍵能高、鍵角大且Si-O-Si主鏈柔軟，側鏈的基團對主鏈起了遮蔽作用，使其具有較低的表面能。由於矽樹脂對底材的粘著力差，化學改性可以提高其粘合效能，利用聚矽氧烷鏈上的羥基與具有粘合效能化學物質的活性基團反應，得到具有較強粘合效能的樹脂材料。含矽氧樹脂型自拋光防汙塗料，兼有自拋光防汙塗料的水解特性及矽氧烷樹脂塗料的低表面能特性，這種材料具有附著能力好，穩定性強和防汙效能好的特點。

2有機氟系列防汙塗料

氟原子的原子半徑較小使C-F鍵短，且C-C鍵非常穩定，所以，含氟樹脂具有強疏水性和化學惰性。將氟樹脂用於低表面能防汙塗料中，透過改善基料的表面張力來減少有機物的附著汙損。表面能的降低是有機氟防汙塗料研發的關鍵，因此，儘可能的增大-CF3基團含有量，使表層有足夠大的氟化基團，足夠高的氟含量，可以很大程度的降低表面能的值，有機氟防汙塗料還應具有表面非常光滑和表層氟化基團可以抵抗生物分子誘導的分子重排的特性，因此，有機氟防汙塗料的研製相較於有機矽防汙塗料困難很多。雖然氟樹脂具有優異的防汙效能，但是氟樹脂的固化溫度高，與基底的粘附力不足，且有機氟樹脂價格昂貴，所以當前仍難以獲得性能好的有機氟樹脂為基料的低表面能防汙塗料。

3基於海洋生物表面微結構的低表面能材料研究

生活在海洋中的生物大多具有防汙能力，因此海洋生物的表面一定有特殊物質或特殊結構的存在，這些物質和結構使它們具有防止汙損生物的附著。這給了科學工作者一個提示：可以對特殊海洋生物的表面微結構仿生或提取表面分泌物，從海洋生物學、化學生態學的角度研究了海洋生物抗粘附的機理。研究表明：鯊魚皮的表面由佈滿條狀溝壑的盾形鱗片組成，這層結構使汙損生物不易粘附在上面，實驗結果顯示，仿鯊魚皮塗料可以使汙損生物的沉降率達到85%，大大降低了汙損生物的附著。除了鯊魚外，自然界中還有很多生物具有特殊的表面微結構，最具代表性的是荷葉的表面，由於其微奈米結構和蠟狀物的存在使荷葉具有自清潔作用，這種現象也被稱為“荷葉效應”。水鳥類生物的羽毛、貝類和昆蟲的翅膀表面分佈有周期性片層堆積的微/奈米條帶結構，這種微納結構使表面具有超疏水性。

4基於海洋生物表面防汙物質的研究

表面物質也是影響船用金屬表面的防汙效能的重要方式。海蟹等可以產生一種分解藻類和藤壺等汙損生物黏附蛋白的酶，使這些汙損生物不能固化附著，從生物拮抗的原理出發達到降低汙損生物附著的目的。另外，海豚的表面也可以分泌一種粘性蛋白，這種蛋白可以使海豚本身所受到的海水阻力降低。船舶汙損的最初階段是細菌和真菌的粘附，因此研究微生物與表面的反應是非常必要而有效的。利用從大自然中獲取或實驗室製備獲得的特定蛋白質，能夠抑制微生物所分泌的黏性蛋白，阻止大型汙損生物的附著，是一種環境友好的船體防汙減阻方法。船舶水下部分的生物膜是依靠條件膜而形成的，構建條件膜來控制生物膜是一種從機理上解決汙損生物粘附的方法。

海洋汙損生物對船舶的航行帶來了很大的危害，低表面能材料是一種無毒、綠色、光譜的船用防汙塗料，與其他塗料相比具有明顯的優勢，國內外對其研究也取得了很大的進步。透過研究結果可以知道影響船舶防汙減阻的因素有很多，目前還有很多關於不同表面形貌對防汙減阻的影響研究的沒有解決，科學工作者仍需要做出更多的努力，以研究表面形貌影響船舶防汙減阻的機理及在船舶上實際應用的可行性。