船舶防污漆都有怎樣的特點和防污機理?
廣袤的海洋里孕育著多種多樣的生命和無窮無盡的物種。品種眾多的海洋生物,不論是動物類還是植物類,都會主動地粘附生長在船舶水下的外殼部位,不僅增加船體自身質(zhì)量,而且顯著地加大了船底表面粗糙度,增大了船舶航行時的前行摩擦阻力,從而降低了航行速度。換句話說,如要想維護正常航速,就得增加船舶燃料的消耗。據(jù)英國船舶研究協(xié)會的研究報道稱:15節(jié)航速的普通散貨輪,船體外殼的界面磨擦阻力占總航行阻力的80%,高速航行的集裝箱貨輪的界面磨擦阻力也大于50%。海洋生物的污染對船舶航行造成了日益嚴重的危害。
防污涂料的作用原理就是涂覆在船底的防污涂料涂層釋放出毒素,在靠近船底的水下形成薄薄一層有毒的水區(qū),起到驅(qū)趕幼蟲和孢子,不讓其附著和“定居”生長在船殼表面的效果。防污涂料所用的毒素,稱作防污顏料,主要有氧化亞銅和有機錫樹脂。氧化亞銅是防污涂料中應(yīng)用最廣泛的毒素。它對動物類和植物類海生物都有防污效果,可用作防污涂料配方中的防污顏料。經(jīng)驗表明:氧化亞銅在船停泊時對海藻類的防污能力稍差一些。氧化亞銅作為防污顏料已經(jīng)沿用了幾十年,也是目前防污涂料正在使用的主要毒料品種。
三丁基錫,俗稱TBT,是一種曾廣泛應(yīng)用于船舶防污漆的有機毒性添加劑,它能非常有效地同時抑制藤壺和海藻的生長,而且使用TBT制成的防污涂料毒效持續(xù)時間長,起到長效防污的作用,可以有效延長船舶因船底污染而必須進塢涂裝的維修周期。減省運營維護成本。它在延緩因船殼表面粗糙度增大而航速變慢的進程方面表現(xiàn)很突出,有效降低燃料成本。但到了20世紀7O年代后期,人們逐漸發(fā)現(xiàn)和確認了防污涂料中使用TBT毒素會造成海洋生態(tài)環(huán)境的嚴重破壞。沿海海域出現(xiàn)了含毒TBT的牡蠣和因此引發(fā)的物種變異現(xiàn)象。1982年起,英法等國的生產(chǎn)商相繼停止生產(chǎn)防污涂料用的TBT。防污涂料從基料組成和作用機理進行分類,可簡單地歸納為5個類型:傳統(tǒng)長效型防污涂料、釋放型防污涂料、接觸型防污涂料、自拋光防污涂料、自釋型防污涂料。
一、傳統(tǒng)長效型防污涂料
這類防污涂料以松香為主劑、基料,主要以氧化亞銅為防污毒素顏料。松香樹脂用作基料,可在水中溶解并釋放出毒素顏料。但這類防污涂料存在一個關(guān)鍵缺陷,就是松香的溶解速度過高而且不易受控制,僅能提供12~18個月的有效防污周期。此外也須注意,松香樹脂還會與空氣中的氧氣反應(yīng)。因此涂層干后必須浸水,通常控制在6~8h內(nèi),最長不超過24h。因此在涂裝防污涂料時必須緊密配合船舶下水和出塢的工程計劃。也就是說防污涂料涂層完工后,務(wù)必強調(diào)在涂料生產(chǎn)廠商規(guī)定的時間內(nèi)保證船舶下水、出塢。
由此可見,該類防污涂料對現(xiàn)場涂裝計劃性要求過高,適應(yīng)性較差。目前,國際上主要涂料廠商早已不生產(chǎn)這類防污涂料,遠洋船舶也根本不能使用。從防污涂料的預(yù)期防污壽命期限看,傳統(tǒng)長效型防污涂料和釋放型防污涂料都不能適用于遠洋船舶。因為遠洋船舶的強制年檢周期通常為30個月,不能僅僅只因為需要涂裝防污涂料而總讓船舶提前進塢檢修。因此,國內(nèi)只有軍艦等這類低出航率的近海小船或系泊型的海上設(shè)施可能還有其市場。因為當船舶航速低于10節(jié)或者連續(xù)停航時間超過2周,目前主流的自拋光防污涂料將失去其應(yīng)有的防污功效。以上2個防污涂料品種,也稱溶解型防污涂料,仍具有一定的經(jīng)濟實用性。
二、釋放型防污涂料
這類防污涂料也稱作可溶性基料防污涂料。其配方中既有以氯化橡膠又有以乙烯樹脂為基料的,配以大量的氧化亞銅為顏料。毒素顏料會被水流沖洗出來,并在涂層中留下海綿狀多孔“骨架”的皂化層。經(jīng)過一定時間的沖洗后,皂化層厚度達到某種程度就不能繼續(xù)釋放出足夠的毒素達到防污目的,也就是在這層防污涂料中的毒素析出達到了防污效果的臨界值。防污涂料在正常的有效狀態(tài)時,皂化層下面的防污涂料須有數(shù)量充足的毒素顏料向外釋放。
水流的沖刷也會部分除去皂化層。但要切記,塢修時皂化層必須于涂裝新的防污涂料前進行封閉。因為舊防污涂料的海綿狀多孔皂化層會吸收新防污涂料,損耗新防污涂料的實際有效厚度。在經(jīng)歷了幾次塢修涂裝以后,各時期的防污涂料和封閉漆經(jīng)過這樣的多層交差互疊,組成了形態(tài)像“三明治”一樣的涂層體系。如果新舊涂層體系的涂層干膜總厚度累計達到1000~1200μm時,這個“三明治”涂層體系的內(nèi)應(yīng)力將變得非常大,從而引起涂層開裂,水下船殼表面產(chǎn)生出巨大的粗糙度。釋放型防污涂料可以提供18~24個月的防污壽命期限。
三、接觸型防污涂料
也稱作不溶性基料防污涂料。這類防污涂料以松香和改性樹脂(如乙烯)為基料。顏料還是以氧化亞銅為主,外加少量的其它生物滅殺劑。接觸型防污涂料的功效本質(zhì)上和純松香為基料的傳統(tǒng)型防污涂料相似,緩慢析出型、抑制型基料可以延緩分解進程。涂料中選用的可降解基料可以在一定程度上避免產(chǎn)生“三明治”涂層體系。但接觸型防污涂料也會在涂層表面形成薄的皂化層、殘渣層,出現(xiàn)類似于釋放型防污涂料的皂化層。接觸型防污涂料可以提供26~3O個月的防污周期。
四、自拋光防污涂料
該類防污涂料的作用機理是含有防污毒料的防污涂料漆膜能在海水中溶解并同時釋放毒料,而且漆膜在水流的作用下,水解反應(yīng)持續(xù)不停地進行,不斷地暴露出新鮮的表面。因為這類產(chǎn)品的毒料釋放是按設(shè)計滲出率平穩(wěn)和持久地進行的,所以其防污性能持久和高效。另外,該類防污涂料漆膜凸起的部位受水流的作用力較大而水解速度較快,而凹陷部位則水解速度較慢,這樣船舶在航行時由于水流的作用使得船體外殼的防污涂料表面變得越來越光滑平整,故稱之為自拋光防污涂料。自拋光防污涂料分為有機錫和無錫自拋光防污涂料2大類型。有機錫自拋光防污涂料的特點是對各類海洋生物都有非常有效的防污作用,而且功效持久,可以達到5年以上的預(yù)期防污壽命期限。但鑒于有機錫自拋光防污涂料對于海洋生態(tài)環(huán)境存在嚴重破壞性。國際海事組織IMO早已明文規(guī)定終止使用含TBIT的防污涂料,其下屬機構(gòu)海洋環(huán)境保護委員會(MEPC),也已修訂了相應(yīng)的實施細則。
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