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1、 海洋生物污损研究进展李丹丹 47号材料与化工学院 生物工程专业2班摘要 本文介绍了生物污损的危害，还介绍了新型防污技术以及海生物附着特点和机理以及防海生物污损材料的研究现状。低表面能涂料是当前广泛使用的防污材料，其利用自身表面能低的性质使海生物在舰船上的粘附力下降，进而达到防污损目的。超疏水材料和仿生材料在自清洁、防腐蚀等方面所展示的独特性能。关键字 危害 机理 新型方法 材料 一 生物污损的危害海洋附着生物也称海洋污损生物，海洋污损生物是指生长在船底、管道、浮标和人工设施上的动、植物和微生物的总称。许多种类,如藤壶、牡蝎、贻贝等常附着于船底、浮标、管道和水下设施上,致使船舰航速下降,燃料消
2、耗增加,因此对海防、海运交通、沿海工业和渔业常造成极大危害。据美国统计,每年因污损生物引起的经济损失达7亿美元,英国统计每年达5千万英磅,1969一197。年在日本广岛因爆发性出现盘管虫,使牡蜗业损失达30亿日元。所以,海洋污损生物的危害及拄防治问题,多年来一直为世界各滨海国家所重视。 海洋中约有400压500 种污损生物附在所有污损生物中有半数以上浮游在海岸和港湾处,这些生物生长在船底、浮标、输水管道、冷却管道、沉船、海底 电缆、木筏、浮子、浮桥、网具和海洋监测仪器上,并在这些设施表面上的积累、定居、及繁衍等,久而久之,就形成了一层坚固的、粗糙的、厚硬壳层。从而引起了船舶及海上建筑的防腐蚀保
3、护层的损坏,加速了金属构件的腐蚀,降低 了船舶和海上建筑物的使用寿命,造成了相应的危害。它们附着于船底,会增加航行阻力、降低船速、多耗燃料:附着于海洋养殖网具,会造成 网眼堵塞、降低海水交换效率,可导致海水养殖鱼 贝类发育不 良甚至死亡;附着于海水管路内壁,会 引起管路堵塞,从而酿成重大事故:附着于海洋监测仪器上会导致仪器信号失真、性能下降。二 深入探索污损生物附着机理许多大型污损生物如藤壶、牡蛎和贻贝等在附着时, 都会分泌一种特殊的生物胶质来将其牢固地黏附在附着基体表面上. 这种生物胶质黏结强度较高, 黏合速度快, 可在水下迅速聚合固化, 且极难降解. 因此需要对其进行详细的研究, 彻底查清
4、其黏附特点和交联聚合作用机制. 若能弄清其结构组成及聚合固化机理, 便可针对这种生物胶质的黏结过程和固化机理, 通过人为因素来干扰其形成或交联聚合过程. 目前已经对海洋生物分泌的生物胶质进行了一定程度的研究工作, 但是对于组成胶质的蛋白质结构及黏附过程中各因素之间的相互作用并没有彻底了解清楚(2). 因此, 今后的工作重点应放在进一步探讨海洋生物胶粘物的结构、组成及黏附机理上, 寻找干扰或抑制液态胶交联聚合过程的方法和技术,阻止从液态到固态这一转变过程的发生.除生物胶质以外, 影响海洋生物附着的因素还有很多. 水温、盐度、pH值、离子浓度、海水溶氧浓度等都会对其造成一定的影响. 研究表明, 蔓
5、足类生物的附着不仅受水温、盐度的影响, 还与光、附着基色、水深和水流等因素密切相关.综上所述, 如能彻底了解海洋生物胶质黏附的深层次原理并掌握污损生物优势种的发育特点及关键时期、附着过程、变态规律等信息, 便可以通过相应手段对其进行干扰, 有助于开发新型防污技术.三 新型防污除污技术(一)微生物粘膜防污技术 海洋结构物表面附着的微生物粘膜是一个可控制的复杂生态系统, 一方面与污损生物群落的形成和发展密切相关, 另一方面对涂料膜中毒料的渗出起着重要作用. Egan等发现用从石莼表面分离出的两种细菌经培养形成菌膜后, 能有效抑制藻类孢子和无脊椎动物幼虫的附着; 高运华等从防污涂料表面细菌粘膜中分离
6、出具有抑制附着作用的细菌菌株(Q193)并用其制成人工细菌粘膜, 在一定时间内可以有效地防止生物污损. 因此, 深入细致探讨微生物粘膜中的细菌对其它生物所产生的抑制作用, 将有助于开发新型防污产品.(二)表面植绒型防污技术 表面植绒型防污技术是一种新型的表面防污技术, 其防污原理是在涂料表面生成一层类似于微生物鞭毛的不稳定结构, 鞭毛结构在海水的冲击下会不停地运动使污损生物的孢子和幼虫难以在其表面附着, 因此可以起到十分良好的防污效果53. 相对于传统的防污涂料, 表面植绒型防污技术不采用毒物、使用中不会产生有害化学物质消耗, 因此其具有环境友好、长效广谱的优点(3).(三) 纳米防污技术 近
7、些年来纳米技术经历了突飞猛进的发展, 取得了十分突出的成绩和令人瞩目的成就. 现有的防污技术中有机锡防污剂已全面禁用, 有机杀生剂和普通氧化亚铜的长效防污性能不能满足要求, 在这种情况下, 将传统防污技术与纳米科技相结合为防污技术的发展提供了一个新的方向49.将纳米科技应用于防污技术, 可以有效提高防污剂的活性, 延长其使用寿命并使防污剂中的毒物得到充分利用. 将其应用于表面涂料还可以使涂料得到更加优异的物理化学性能. 采用纳米级的氧化亚铜结合高效杀生剂制成纳米防污涂料, 包裹在基料中的氧化亚铜不会随海水的冲刷而流失, 但是可以缓慢地释放出来, 达到长效防污的效果. 微胶囊包覆技术是纳米科技应
8、用于污损生物防除领域的最新成果, 它采用聚合物材料对纳米级防污剂(如纳米级氧化亚铜、纳米级氧化锌)进行包覆形成微粒, 然后配制在涂料中, 通过改变聚合物材料的种类、沉积物厚度、交联度、包覆物微粒直径、包覆方法以及包覆颗粒在涂料中的浓度可以调节防污剂的释放率. 在海水的作用下微胶囊会逐渐溶解, 缓慢而有效地释放出防污剂, 从而可以达到长效稳定且效果更佳的防污作用.纳米防污材料是理想的环保长效型防污材料,通过纳米材料选择(1), 纳米负载技术和防污试验的进一步开展与完善, 终将研制出具有良好应用前景的高效纳米防污涂料.(四) 强声防污方法 上世纪80年代, 瑞典人首创了以次声波清除锅炉烟道内积灰的
9、技术. 此后, 强声清除法在清除锅炉烟道内结焦积灰方面得到了广泛的应用. 在船舶生物附着的清除中应用强声发生器产生的大振幅、高声强的强声声波来破坏污损生物的附着是一个很有发展前景的研究方向. 该方法对污损生物不具有灭杀作用, 而是采用强声机械能来破坏污损生物与基体之间的附着. 在未发生附着时可以使用低能量的强声进行防污; 对于已经附着的污损生物可以用高能强声声波将其去除. 强声清除法无毒副作用, 不污染环境; 适合各种复杂结构表面的附着清除, 不会损坏船舶结构; 容易实现自动清除, 清除效率高, 效果好. 这些特点使得该方法特别适合军用舰船等船体结构形状复杂、对除污效率和效果要求较高的情况.
10、防污工作所需要的强声发生器及所采用的强声声波目前尚未研究清楚, 并且强声清除法对军用舰船的隐身性能的影响仍需进一步研究.五新型防海生物污损材料 (一)杀生防污涂料从世纪年代后期开始，美国、英国、等国家先后对有机锡类防污涂料加以限制。铜类防污剂是为 类防污剂的主要替代品。铜离子因其非亲脂性和低溶解性，只可在生物体内弱聚集并且快速沉淀，对环境危害性远比小。铜离子对多种污损生物具有抑制作用，其中对藤壶等无脊椎动物特别有效。虽然氧化亚铜毒性较小，但并不是完全无毒，当氯化亚铜的浓度达到时，其毒性足以毒死海藻和硅藻，并对以藻类为食物的鱼类造成危害。 孙萍等针对大连海域海生物附着问题选用低毒为毒剂，以为助剂
11、，以特种树脂为基料，配制了型涂料，性能稳定，且与底漆附着性较好，能有效地防止海生动物的附着。但其初期渗出率较高，对助剂和基料还需作进一步的研究，以实现“低毒长效”。 (二) 低表面能防污涂料低表面能防污涂料利用涂料的低表面能，使海洋生物难以附着或者附着不牢；利用涂料的低弹性模量，使污损物在较小的外力作用下易于剥离脱落9。这类涂料不含毒剂，符合环保要求，具有良好的发展前景。1. 有机硅系列低表面能防污涂料等8利用氨基硅油中的活性氢和聚氨酯中的异氰酸脂基反应，在聚氨酯侧链上引入聚硅氧烷链段，制得有机硅改性聚氨酯类防污涂料，使聚硅氧烷向表面迁移，从而使涂膜具有低的表面能和较好的防污性能。涂有改性聚氨
12、酯涂料物体表面虽有海生物附着，但经简单清洗就可获得几乎完好的涂膜表面。美国“”舰船船底涂装的“”有机硅低表面能防污涂料，在航海长达个月之后，用高压水可很容易地将附着在船底的污损生物清洗掉5。2. 有机氟系列低表面能防污涂料日本大金工业公司推出的高功能氟化防污涂料具有极低的黏着力和很好的耐磨性能。通过氟涂料自身的反应，结合特定结构的基团，使这种涂料在玻璃、金属和陶瓷表面的防污性能大大改善7。美国海军试验室等发了一系列氟化聚氨酯防污涂料，氟含量高达 ，表面能低达 。美国海军“鹦鹉号”舰艇应用了这种涂料，它以全氟烷基聚醚聚氨酯为基料，以粒径的聚四氟乙烯粉末为填料，达到了的防污期10。美国公司合成了一
13、种带有氟化侧链的聚醚多元醇，添加异氰酸酯固化后，具有低表面自由能、高增水性、低摩擦系数和低污染释放等特性，它与水的静态接触角在之间，污损生物附着不牢，较易脱落11。（三）超疏水防污表面氧化锌防污表面（）聚二甲基硅氧烷防污表面（）二氧化钛防污材料（）金属基防污材料（四）仿生防污材料生物防污涂料的概念来自人们对生物天然防附着特性的认识。海洋生物长期置身海水，却很少有附着生物粘附。研究发现，海洋生物通过分泌一种对附着生物有避忌或抑制作用的特殊化学物质，或者通过特殊的表面形态，避免其他海洋生物在体表附着。微米纳米二次结构不仅可以减少固液接触面积，也使得材料表面与污染物的接触面积减小，作用力减弱，液滴滚
14、动时表面的污染物很容易被带走。荷叶表面有许多微米级的乳突，这些乳突及乳突之间被众多纳米级的蜡晶覆盖。等9通过模仿荷叶表面的微观结构，形成纳米结构的蛋白石薄膜，随后采用氟化烷进行低表面能修饰，获得接触角为的超疏水表面。五 结语海洋污损生物的防治具有重大的社会经济价值和意义, 要达到理想的防治效果, 还有待进一步的研究和探索.参考文献1周思斯，管自生，李强，等片经水热反应和氟硅烷修饰构建超疏水表面 物理化学学报，（）： 2 Ashley D M C, Michael D T, Chad L H. Novel method for assess-ing the en route survivorsh
15、ip of biofouling organisms on variousvessel typesJ. Mar. Pollut. Bull., 2007, 54 (1): 973高山卜埋地管道阴极保护电位的数值模拟成都：西南石油大学硕士学位论文，4张丰，陈洪源，李国栋，等数值模拟在管道和站场阴极保护中的应用 防腐保温，（）：5宋高伟，黄燕滨，丁华东，等车辆阴极保护效果测试与数值模拟腐蚀与防护，（）：6赵菊梅船舰阴极保护电磁效应数值模拟仿真研究大连：大连理工大学硕士学位论文，7方志刚，黄一铝合金船体阴极保护系统的数值模拟仿真船舶工程，（）：18-208TADANAUA K，FUJ I I丁，MATSUIDA ，et al. Micropatterning of sol-gel derived thin films using hydrophobirhy-drophilic patterned su
