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海洋生物污損，往往會對海上艦船、海洋平臺設(shè)施等帶來很大影響，威脅其壽命與安全。針對這一問題，防污涂料應(yīng)運(yùn)而生，目前已得到了廣泛的應(yīng)用。這其中，自拋光防污涂料由于涂裝方式簡便、防污效果好、使用周期長等優(yōu)點(diǎn)，已成為如今國內(nèi)外主流使用的海洋防污涂料。

1. 自拋光防污涂料的機(jī)理

自拋光防污涂料，是利用樹脂特殊的水解方式，使涂層表面實(shí)現(xiàn)自更新的一類涂料，通常分為樹脂和防污劑兩大核心成分。在弱堿性的海水中，樹脂側(cè)鏈上的酯基會發(fā)生水解釋放出防污劑，主鏈隨著親水基團(tuán)的增多逐漸變脆，在海水的沖刷作用下脫落并露出新的防污表層。由于表層的自更新效應(yīng)，附著在涂層表面的生物污損會隨主鏈一同脫落，達(dá)到自動清潔表面的目的。這種防污劑釋放協(xié)同涂層自拋光的機(jī)理使涂層在保持表面光滑的前提下，釋放的防污劑濃度始終處于有效水平，且主鏈自身的疏水特性阻止了海水進(jìn)入涂層內(nèi)部，使涂層表面的拋光速率緩慢而平穩(wěn)，延長了涂料的使用時間。

2. 自拋光涂料樹脂基質(zhì)研究進(jìn)展

傳統(tǒng)自拋光涂料的基料通常是丙烯酸類共聚物，包括丙烯酸鋅酯、丙烯酸銅酯、丙烯酸硅烷酯等。這類樹脂采取側(cè)鏈水解帶動主鏈脫落的自拋光形式，導(dǎo)致涂料的拋光速率容易受海水流速的影響，在使用過程中通常需要配合好船舶航行速度、防污劑含量和樹脂水解速度3個方面，才可達(dá)到良好的防污效果。在靜態(tài)海水環(huán)境中，丙烯酸酯自拋光率非常低，所以對于航行速度較慢的船只以及其他固定的海洋設(shè)施而言，涂層的防污效果會大大降低。

為了解決這一問題，研究人員嘗試采用聚氨酯類、聚酯類等可生物降解高分子材料作樹脂基料。這類聚合物具有優(yōu)異的生物相容性，能夠在海水中不受流速的影響，以小分子的形式充分降解，減少對環(huán)境的污染，且是防污劑活性分子的良好載體，因此是防污涂料樹脂的優(yōu)選。原則上，只要使水對涂層的滲透速度慢于侵蝕過程，進(jìn)而將涂層的質(zhì)量損失局限于表層，這類可生物降解的聚合物就可用于制備具有自拋光功能的防污涂料。

對于聚氨酯基降解型樹脂，其涂層表面可以隨著主鏈酯基的降解而再生，進(jìn)而顯示出防污性能。但是用于合成聚氨酯的聚酯（如聚乳酸(PLA)、聚己內(nèi)酯(PCL)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)等）結(jié)晶度過高，會導(dǎo)致涂層的降解速率緩慢，影響防污劑的釋放，且聚氨酯基樹脂對基材的黏附強(qiáng)度也比較弱。因此需要對樹脂進(jìn)行改性以控制涂層中防污劑的釋放速率，改善涂料的性能。相較于聚氨酯基樹脂，聚酯基降解型樹脂更加容易制備，但同樣需要對聚酯進(jìn)行改性，通過降低結(jié)晶度、提高降解速率來使其能更好地應(yīng)用于涂料樹脂。改性的同時，涂層的力學(xué)性能往往會受到影響，對此研究人員進(jìn)一步合成出了聚酯-丙烯酸酯基降解型樹脂。這類樹脂結(jié)合了聚酯的降解能力和聚丙烯酸酯優(yōu)異的成膜能力，并且很容易實(shí)現(xiàn)功能化。

3. 自拋光涂料防污劑研究進(jìn)展

樹脂本身的殺菌能力有限，因此自拋光防污涂料中需要添加防污劑以提升防污效果。早期的自拋光防污涂料采用有機(jī)錫作為防污劑，因其具有防污性能優(yōu)異、使用年限長等優(yōu)點(diǎn)，一度被大規(guī)模應(yīng)用；但有機(jī)錫會對海洋生態(tài)系統(tǒng)造成巨大破壞，故自2008年起已被全面禁用。如何在保證涂料優(yōu)異防污效果的前提下，減少防污劑對生態(tài)環(huán)境的影響，是當(dāng)前防污劑的一大研究方向。

當(dāng)前，自拋光涂料多采用氧化亞銅(Cu?O)等無機(jī)防污劑以及其他相對低毒的有機(jī)防污劑，但這些防污劑仍具有一定毒性，對環(huán)境仍存在潛在威脅。對此，低毒釋放型防污劑和接枝型防污劑是較為有效的思路，前者通過改性樹脂使其具有“低表面能-自拋光”的雙重作用，實(shí)現(xiàn)涂層對殺菌離子的緩慢釋放；后者則將防污劑接枝到樹脂上，通過涂層水解控制防污劑的釋放，改善了滲出型防污劑“暴釋”的缺點(diǎn)，提高了防污劑的利用率。

此外，使用天然產(chǎn)物型防污劑也是一種更加環(huán)保且具有前景的思路。目前，多個研發(fā)團(tuán)隊(duì)分別研究了伊維菌素、硅油-辣椒素混合物、丁烯酸內(nèi)酯等多種天然產(chǎn)物型防污劑，通過共混、微膠囊、仿生等手段應(yīng)用于自拋光涂料中，論證了其防污性能的可靠性，有助于逐步取代金屬離子型無機(jī)或有機(jī)防污劑。

當(dāng)前，自拋光防污涂料正逐步朝著降低制備成本、改善防污期效的方向穩(wěn)步發(fā)展。環(huán)保健康、防污性能優(yōu)異、釋放可控、工藝簡便等，也是其樹脂基質(zhì)和防污劑研發(fā)過程中必須考慮到的。研制防污機(jī)制多元化的自拋光涂料以彌補(bǔ)單一類型防污涂料的不足，亦正在成為自拋光防污涂料的未來一大趨勢。

參考文獻(xiàn)：現(xiàn)代化工, 2021, 41(S1): 58-61+66.