纳米导电涂料在经过了半个世纪的发展后,也开始登上了海洋船舶防污涂料的舞台。近年来,有关的报道也逐渐增多,在国外也已经在中小型船舶上试用。其主要做法是在船舶上涂上纳米导电性涂料后,通过微小电流使海水电解,产生次氯酸钠,借此达到防污目的。DavieM等报道了具有导电性的聚吡咯低表面能防污涂料[30]。
美国某公司[31]经过10年的研发,成功研制出一种共生物杀伤剂纳米防污涂料,该纳米涂料已经在墨西哥湾沿海岸地区温暖的海水中进行了72个月的实验,证明其防污性能优于目前所有已知的防污产品,甚至好于有机锡类产品。
荷兰某公司[32]近年来开发了一种基于新型不含锡纳米防污涂料,它的自抛光性与含锡涂料相同,但其防缩孔性和防开裂性大大优于其他不含锡的防污涂料。
日本某公司[33]研制出的一种新型海洋防污涂料主要成分是纳米SiO2颗粒,喷涂在船体上能在表面形成一层2~3nm的空气膜,船舶航行时空气膜消失,在船舶底层安装空气吹风装置,能维持空气膜,使航行摩擦减少50%,燃料燃烧效率提高30%。
美国专利报道了纳米粉体作用粘结剂与微米级粉体制成抗磨涂层,含有纳米氧化硅的耐磨透明有机硅涂层,纳米复合光催化涂料,其中纳米复合光催化涂料由水合氧化铝、氧化硅、氧化锡纳米粒子组成,有良好的自清洁功能。
德国WiheleBarthott教授[34]对荷叶结构和效应进行了深入研究,研发出一系列自清洁涂料。
3纳米材料在海洋防污涂料中应用需要解决的问题
如上所述,纳米技术在海洋防污涂料中的应用进展为涂料向更高功能发展展示了广阔的前景,给涂料研究者确实带来了极大的动力。若要使纳米改性涂料更快、更普遍地商业化,还需要如下几个问题得以解决:
1)纳米材料在涂料中的稳定分散仍是难题。尽管有许多纳米粒子表面修饰的研究已经公开报道了,但适用性广、性价比高、方便简便的表面处理剂表面修饰方法,仍然需要继续深究。
2)将纳米材料引入到防污涂料比较困难。涂料体系多元化,相容性成为阻碍纳米材料引入涂料体系的难点。所以解决相容性问题,将纳米材料成功引入到涂料组分中,并能发挥协同作用,最大限度提高涂料性能,也是不容忽视的课题。
3)纳米材料品种单一,价格高。由于我国处于纳米材料商品化初期阶段,品种少,产业规模小,可选择性差,价格偏高,影响了其在海洋防污中的应用。
4)纳米粒子存在安全隐患。一直以来,人们关注的都是纳米科技将成为21世纪的支柱产业,可能会创造出巨大的价值来造福于人类。但与此同时,一些科学家却已经对纳米技术可能给环境和人类健康带来的风险产生了担忧[35]。
墨西哥《千年》周刊2004年3月21日发表了题为《21世纪工业革命》的文章,指出纳米技术正在医药信息、食品工业、能源以及纺织等领域掀起革命性变革。同时也不无忧虑地提出,纳米技术可能带来不可预见的风险。英国科技咨询委员会专家认为,需要对纳米材料可能给健康和环境造成的危险进行更多的研究,以便确保公众对这个行业的快速发展保持信心。纳米材料可能给环境带来益处,例如,它们可以吸收水中污染物,分解某些有害物质的速度也远远快于其他方式。但纳米颗粒可能会聚集于动物肺和呼吸道并引发炎症,其危害可能大于石棉和煤烟。如今,美国杜邦公司正在推动纳米技术安全标准的建立。
4纳米海洋无毒防污涂料的发展现状与展望
目前,我国常规防污涂料品种齐全,防污期也可达3~5年,就常规防污涂料而言,我国已跨入世界先进行列。但在新型纳米海洋防污涂料方面,起步较晚,研究也非常少,可商业化的产品更是少之又少,与世界先进水平还有一定差距。低表面能防污涂料改变传统的以杀死海生物为机理的防污措施,符合环境友好型的标准,国内也不断有研究人员将纳米技术应用到低表面能防污涂料中,并取得了实质性的进展,但基本上都只是实验室阶段小剂量添加纳米材料,未考虑纳米颗粒分散问题。另外,关于纳米材料的添加对低表面能涂料的表面能大小的影响也是一个值得关注的课题。
海洋防污涂料发展的方向是开发环境友好型防污涂料,与纳米技术相结合低表面能防污涂料是未来发展的重点。
随着性能优异的纳米海洋无毒低表面能防污涂料的陆续出现,在现有单一添加纳米材料实验的基础上,将几种不同的纳米材料同时添加到低表面能防污涂料中进行复配,对于防污性能可能有一定增强的空间。比如:可以将能提高涂层机械强度的纳米二氧化硅跟具有杀菌效果的纳米二氧化钛同时加入到低表面能防污涂料中,所制备出的混合型纳米防污涂料对防污性能的提高值得深入探究。总之,开发与纳米技术结合的新型无毒海洋防污涂料将会是21世纪防污涂料的主流方向。