海洋防污涂料的研究现状外文翻译资料

 2022-01-12 09:01

英语原文共 11 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

海洋防污涂料的研究现状

L.D. Chambers K.R， 斯托克斯F.C，沃尔什R.J.K

工程科学学院表面工程与摩擦学和电化学工程组，南安普顿大学，南安普敦SO17 1BJ，英国；物理科学系，Dstl Porton Down，索尔兹伯里，SP4 0JQ，英国。

摘要：

平台，码头和船体等海洋结构受到各种严重的生物污染。 抑制有机物和有机物在湿润基材上的无机生长是多种多样的，但大多数防污系统采用保护涂层的形式。 生物污染可能是负面的通过增加所需的推进功率和燃料消耗来影响船体的流体动力学。 本文回顾了它的发展用于防止海洋生物污染的防污涂料。 由于2001年国际海事组织（IMO）的禁令，三丁基锡（TBT），替代防污涂料必须是环保的，并且保持长寿命。 无锡自抛光共聚物（SPC）和污垢释放技术是目前的应用，但已提出许多替代方案。 现代方法环保型防污系统及其性能突出。

1.简介：

工程结构，如船舶和海洋平台，如以及海上钻井平台和码头，不断受到海洋环境的攻击，这些结构需要得到保护。从海洋环境的关键要素的影响，如盐水，生物攻击和温度波动。除了在封闭系统中的可注射杀生物剂，保护海洋结构必须能够扩展和与下面的表面收缩，抵抗水的进入并控制离子的扩散。保护性有机涂料可以提供这些功能[1]，因此主要用于航运业增加系统的使用寿命提高其可靠性。船上的油漆涂料用于广泛一系列功能，如耐腐蚀性，易于维护，外观，甲板上的防滑表面以及防止有害海洋生物对船体造成污染。使用防污涂料进行防护海洋环境历史悠久。通过考虑这是防污系统的历史和现实方法论文介绍了现代方法在设计中的应用环保，广谱防污系统对于一艘大船的船体。海洋生物的沉降和积累无生命的基质可能会造成巨大的惩罚结构。在热交换器中，生物污垢会堵塞系统和在船体上它可以增加水动力阻力，降低船舶的机动性和增加燃料消耗。这导致航运业内的成本增加通过增加人力，燃料，材料和干燥的使用停靠时间。生物污染的过程通常归为一类文献进入关键的生长阶段，包括吸附有机物的初始积累，沉降和生长开拓性细菌创造生物膜基质和随后的微观和宏观的连续性（图1）。成熟的犯规覆盖范围，包括死亡率和移民率物种，没有显示。

生物污损的顺序是不可预测的，因为更高污染的生物利用基质生态位。生物膜形成通常是后续结垢的前兆由macrofoulers。生物污染的继承一直是通过去除初始藻类层进行实验测试，导致有限的进一步污垢[2]。生物膜的存在已经存在记录对一些人的解决有积极影响藻类游动孢子[3]，而Faimali等。 [4]记录了一个老化的生物膜抑制了藤壶的沉降。一般来说同意生物污染和生物污染有一系列事件第一阶段通常被认为是生物膜的形成[5]。

当化学惰性基质浸入海水中时几乎立即积累的有机碳残留物吸附在湿润的表面上，其成分取决于关于离子，糖蛋白，腐殖酸和富里酸的研究液相。促进吸附的力量表面的调节包括静电相互作用和范德瓦尔的力量。先锋微生物现在可以附着在表面上形成生物膜。接触和殖民化微生物和表面之间的促进水通过布朗运动，沉积运动和对流运输，虽然有机体也可以积极由于使用鞭毛推进而寻找基质。菌和其他定植微生物分泌细胞外多聚物质（EPS）包裹并锚定它们因此，基板可以改变局部表面化学性质刺激进一步增长，如招聘和解决宏观组织。

产生的生物膜是大量的微生物及其微生物EPS产生凝胶基质（图1），提供酶促相互作用，营养物质的交换，对环境压力的保护[6]以及对生物杀灭剂的抗性增加[7]。

生物膜还会中断离子和水的流入和流出基板表面通过充当扩散阻挡层。通过阴极内的阴极反应引起局部氧的再生电解质可以加速金属基材的腐蚀创建差分曝气浓度池。

生物腐蚀的一般综述由Videla [6]给出，而最近Beech和Sunner [9]已经看过了生物膜对金属腐蚀的影响。重要的是要控制微生物污垢，因为它们可以产生腐蚀性环境因其生命周期和生成能力分解产物。这种类型的腐蚀称为微环境诱导腐蚀（MIC），其中一个例子是从硫酸盐还原菌中生产硫化物会导致钢表面点蚀[10]。该MIC的控制是a的发展的关键结果成功涂层，抑制生物污损的附着。

污垢生物使用的粘附技术是多种多样，通常可以是两个组成部分临时和永久粘连。在关键的幼虫发展阶段的藤壶，称为cyprid，一个临时的在探索表面以便安置的地方使用粘合剂并永久坚持[11]。通过使用a来固定藤壶使用半胱氨酸残基交联的疏水蛋白质[12]。影响和解的因素很多藤壶，一个关键属性是通过旧外骨骼的遗体存在其他barna？cles（同种线索）或新定居的cyprids。以类似的方式，共同的macroalgae Ulva sp。，在其生命周期中具有临时和永久的附着阶段。活跃的游动孢子阶段可以在积极寻找合适的基质的同时保持活力。

当检测到最佳基板时，它会转变为最佳基板不动的，沉淀的细胞阶段，可以永久锚定自己并发芽生产一种新植物[13]。水合胶石Ul孢子粘合剂的强度为500 mN m-1 [13]。贻贝使用相反，byssus线程主要由胶原蛋白组成对于藤壶，一种亲水性多酚粘合蛋白在氧化还原反应中发生交联存在酶催化剂[13]。硅藻可以附产生可以包裹细胞的多糖粘液形成垫，茎或管[14]。

物质与基材的粘附是重要的方面生物污染，如果这个过程可以防止，污垢可以控制。粘附和沉降通常也是关键在海洋生物的生命周期阶段，所以进化殖民表面的压力很大。的动力粘附可被视为由贡献组成从有机体和有机体之间的界面张力基质，生物体和液体以及基质之间和液体。已经研究了通过建模实验确定这些界面能的方法由Ista等人。 [15]但他们报告说更复杂的模型需要作为对生物附着的某些估计，如Ulva游动孢子，没有定量模型。一个原因据说这是他们的模型不采取表面电荷考虑到静电相互作用可能会影响依恋率。另一个促成因素是发生特定基质特征的定殖，例如粗糙的表面区域，以避免剪切力和/或流动系统，以最大化营养和氧气浓度。

2.污垢效应

任何不希望的增长都需要防污系统发生生物有机体。这通常在大多数盐水中

水相环境;因此应用包括医疗，淡水和海洋系统。船舶工程系统已被分为七种关键类型的淹没船体结构占总数的24％物体犯规[16]。船舶可以使用各种材料船体包括钢，铝和玻璃等复合材料增强聚合物。船体的污垢通常是多产的船只在各种环境之间移动保持在最富有成效的地区，即光区域，水柱。虽然涂层用于船体保护，由于无机盐的积累，它们可能会失效[17]，外聚合物分泌物，和形成污垢生物的碳酸钙骨架结构。例如，海洋生物对船体表面的不希望的殖民地进行了处罚[18]。流体动力学受到负面影响。船体受两者的影响当船只航行时形成阻力和皮肤摩擦阻力水。生物污染通过增加平均值来影响后者船体粗糙度和墙体剪切应力。防污效果涂料，如自抛光共聚物（SPC）和污垢释放涂层（FRCs），在流体动力学边界层上已经显示对其厚度或形状因子几乎没有影响，虽然摩擦速度增加[19]负面影响。Shultz和Swain研究了生物膜粗糙度对阻力的影响[20]和这种初始生物生长的重要性强调了海洋船舶的平均和湍流剖面。生物污染利用船体上的生态位，基因评级不同的沉降密度。这可能导致特定（例如螺旋桨结垢）和非特定方式（例如水管结垢）的操纵能力损失。 Avessel的声音签名由于船舶性能的下降，也受到了影响被动和主动声纳系统[21]。

3.历史性的防污方法

在船体上使用有毒防污剂一直是历史性的控制污垢的方法，但生物杀灭剂，如铅，砷，汞及其有机衍生物已被禁止使用他们提出的环境风险。革命性的自抛光共聚物技术采用类似的重金属毒性作用来阻止海洋生物与抗污剂三丁基锡（TBT）一起使用[23]。不使用重金属的防污染系统是污垢释放涂料[24]。最终禁止使用有机锡严重的贝类畸形和锡的生物累积一些鸭子，海豹和鱼[25,26]，导致立法最终全球禁止使用三丁基锡（图2）;经审查由Champ [27]和Terlizzi等人。 [28]。

热塑性，不可转换的表面有机涂层，由于简单的溶剂蒸发而干燥，现在很容易可用虽然挥发性有机化合物（VOC）控制在防污应用中受到限制。目前，英国MOD2005年3月记录的VOC目标水平为400 g L-1无水涂料[29]，但这是作为毒性审查解决了现代无锡防污系统的问题。防污系统的发展历史悠久，但最后十年来，人们对环境的关注有所增加可接受的替代品（表1）。

4.现代防污替代品

许多传统的防污系统都是“涂料”，这是一种涵盖各种材料的综合术语：搪瓷，清漆，清漆，底漆，二道底漆，底漆，密封剂，填料，塞子和许多其他[38]。防污剂是其中之一，许多添加剂通常掺入面漆中海洋保护涂层系统。平均理论

商用防污系统的涂布率对于海军应用，被认为是大约6.2平方米L-1 at93mu;m干膜厚度，大多数采用两层涂层申请[29]。大多数防污涂料都是有机的由底漆和面漆组成，两者均可包。然而，防腐功能，面漆通常是多孔的。专利生物控制技术和公司的保护性有抑制了有关比较价值的信息流动效率。自从最初逐步淘汰TBT以来，2001年的防污工业已有替代品[36,39,40]包括无杀菌剂防污涂料[41,42]。在表2中，替代品的成本可以翻倍与基于TBT的涂料的关系，这是一个增加的因素替代技术没有达到目前的4到4的寿命5年。延长大多数防污涂料的使用寿命

使用制造涂料基质组合物的方法控制防污剂的浸出。

4.1 重金属

2003年对TBT的禁令造成了市场和市场的差距研究开始进入环境可接受的替代品（表1）如其他地方所述[28,36,37,40]。在此期间，其他目前使用的金属物种，如铜和锌替代品，并采用改良的自抛光共聚物输送机制。自抛光共聚物（SPC）

技术使用水解和侵蚀来控制抗污染活性。海水入口允许水解来自聚合物主链的防污化合物和涂料溶解性使表面抛光。这个控制了涂层表面的溶解允许更长的寿命。

有两种可选的关键技术来控制通过使用任一种方法从涂层中释放出防污化合物可溶性或不溶性基质（图3）。

控制防污化合物的溶解是困难的和铜的毒性受到近期的审查[18]。 Yebra等人[47]研究了商业松香的释放率粘合剂是控制这种溶解的有效方法。铜虽然环境保护局（EPA）对饮用水的规定，但是在高浓度的海洋环境中天然存在并且对人类来说是相对良性的规定限量为1000mu;gL-1。相比之下，浓度低至5-25mu;gL-1对海洋无脊椎动物来说可能是致命的[48]。螯合铜物种的生物放大作用然而，通过营养级别可能会有一个对食品工业的影响。重金属通常是有毒的海洋生物和人类由于元代谢功能的划分。沉默使用重金属来控制由于TBT禁令和海洋环境造成的污染关于毒性要求的立法正在被取代赞成替代方法。

4.2 助推器

生物杀灭剂方法除了对铜的使用增加了怀疑之外，已经报道了一组精选大型植物的耐受性增加，包括关键的污垢藻类物种Entero？morpha（现在的Ulva）[49]。结果，加入了助推剂杀生物剂以增加铜基防污涂料体系的长度和功能。其中两种关键的助推杀生物剂（Irgarol 1051和Diuron）受英国健康与安全执行委员会[50,51]的监管，Diuron禁止使用，而Irgarol仅限于长度超过25米的船只。陆地农药也适用于海洋防污系统，但其持久性和毒性问题日益严重[52,53]。这种方法通常过于物种特异性或相反过于宽泛，影响非目标生物。铜基涂料的有效性受到涂料始终浸出助推剂杀生物剂的能力的限制。自由缔合涂料中释放的杀菌剂浓度（无论是可溶的还是不溶的）需要更好的控制[54];由于在降解的油漆颗粒中掺入这种机制，它们在海洋沉积物中的持久性需要持续监测[55]。 Konstantinou和Albanis [56]综述了关键增效杀菌剂在防污涂料中的全球影响。加强生物杀灭剂的使用提供了一种临时解决方案[40]，以满足对替代TBT的有效防污策略的需求。

4.3 常规释放方法

污垢释放涂层（FRC）由于低表面能而起作用，这降低了生物体与表面产生强烈界面结合的能力。在分子水平上涂层的光滑度允许一旦容器移动超过临界速度[44]，即通常10-20节的船速，就可以解除生物体，这取决于污垢群落[37]。这些不粘表面通过降低粘合的热力学作用，有助于通过剪切和拉伸应力以及它们自身的重量去除污垢[57]。临界表面自由能的组合（22-24 mN m-1）[34]和低弹性模量允许生物粘合剂和涂层表面之间的界面/接缝断裂和失效[44]。海洋污垢器官与湿润的基质的粘附产生两个表面，即表面粘合剂界面和粘合剂水界面[58]。如前所述，正是这些界面张力控制着生物的粘附能力。

有两种关键类型的FRC，即含氟聚合物和有机硅基聚合物涂层。有机硅涂层的应用厚度通常为150mu;m，而含氟聚合物的应用厚度为75mu;m[59]。涂层的厚度允许控制涂层模量。用硅氧烷弹性体看到的较厚的涂层更成功，因为它需要较少的能量来破坏污垢/涂层之间的粘合。与含氟聚合物涂层的较硬，较薄涂层相关的剪切相反，通过剥离破裂机理发生附着生物的重新形成。

像硅藻这样的低形式生物填料特别坚韧，难以从污垢释放涂层中除去[60]。这意味着当容器在运输途中从不粘涂层中除去硅藻泥是困难的。使用低形式脱离模型，FRC可以在运行相关的船速下去除4-6天的Ulva生物膜，以17.7节的速度去除游动孢子的60％以上[61]。

这些低能量涂料的纯物理威慑效果为开发环境可接受的杀生物剂防污剂替代品提供了独特的方法。它提供广谱防污剂，不会产生生物降解，立法标准和注册活性防污化合物所需费用的问题。这是接近侵略性海洋环境的有效被动手段。然而，生物膜的韧性增加了移除污垢所需的临界速度。由于这种方法不能解决生物污染，而船舶停泊在码头边，生物群落可以建立，然后宏观污染物可以

全文共13329字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[1525]

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章