海洋生物污损怎么办?导电涂层这么办

来源:涂料工业 2019-11-04 11:05

慧正资讯:海洋生物污损是指海水中人造结构(如船体、码头桩、导航设施、水产养殖网和海水取水管等)表面附着并繁殖的海洋生物。例如,网箱养殖和固网捕捞是渔业中最常用的做法,但常发生海洋生物污损问题,从而降低网箱养殖效率和捕捞网的寿命,增加作业成本。而用于防止海洋生物污损的传统方法是添加氯,但这又损害海洋水质。另一种有效的方法是使用传统防污涂料,以此作为防污的良好抑制剂,但这些涂料中含有铜或有机金属,对海洋环境有害。目前国际海事组织禁止使用含有三丁基锡(TBT)的涂料。

因此,人们研究开发了一种可替代的、无毒的新型涂料或低表面张力防护层,如硅酸(用于防止生物污损)、氟改性聚氨酯、聚氨酯和全氟化聚合物等。最近的研究表明,氯基电解技术也可以替代传统的防污技术。

来自国立台湾海洋大学的科研人员开发了一种新型导电涂料,并在中国台湾的南澳港完成了为期500天的现场测试,该新型涂料应用于渔网上,并用作阳极浸入海水中,释放出的氯含量控制在规定限值内,以此抑制海洋生物污染。现场试验结果表明,含炭黑聚氨酯树脂试样具有优异的海洋防污性能,降低生物污损率达79%,而且释放的氯处于安全水平。然而这种防污涂料的耐久性还有待进一步提高。

科研人员建议将氯基电解技术作为传统防污方法的替代技术。电解产生的氯溶解在海水中,形成次氯酸(HClO)和次氯酸根离子(ClO-)。在海水中,游离氯主要以其次氯酸根离子形式存在。游离氯可作为有效的杀菌剂,抑制海洋生物污损。但自2006年以来台湾环境保护总局对海水中氯的总量进行了规定,因此在实地试验中要注意定期控制氯的含量。

试验方法

1.1导电涂料的制备

在实地试验之前,科研人员研究了3种用于导电涂层的树脂基料:聚氨酯、有机硅和环氧树脂。将这些树脂与稀释剂和炭黑等组分混合制备涂料,在基材上(如渔网)喷涂两道涂层,然后再涂覆一道石墨层。制得的试样再进行500天的实地防污试验。

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图1 渔网涂装后作为阳极在海水中电解过程

1.2实地试验

该测试在中国台湾的南澳港进行。

阳极:涂覆了导电涂层的聚丙烯渔网

阴极:电线网

每隔一段时间,对涂层释放的游离氯浓度进行分析测定,以评估防污性能。

结果与分析

涂料配方中使用的导电填料是炭黑和石墨。下表显示当填料以质量比10:1混合时,聚氨酯树脂基料最佳,涂层电阻率最小,即电导率最佳。

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同时添加两种导电填料的主要原因是这两种填料能相互填充空间,从而产生更大的接触面,增加其导电路径。

在电解实验中,将具有最低电阻率试样PU-CG浸入3.5%NaCl溶液中,并记录结果如下。

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根据该结果,稳态电流密度低于初始电流密度,因为导电涂层在电解过程中产生氯,使导电材料表面破坏,导致较低的电流密度。当氯气不能进一步损坏时,电流密度保持稳定。另一个因素是当试验溶液进入涂层裂缝时,会降低电导率,从而影响电流密度。

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图2 在3.5%NaCl溶液中PU-CG导电涂层的恒定阳极电位(4V,SCE)下的电流密度

电解试验前后PU-CG导电涂层的SEM表面形貌。电解试验后的试样表面有一些裂缝。

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图3 电解试验前(左)和试验后(右)的PU-CG导电涂层的SEM表面形貌

由于PU-CG试样在电解试验结果较好,科研人员选择该试样进行实地试验。并采用太阳能电池板来持续供电,使现场电解试验持续进行。现场试验中的总氯浓度测量值低于台湾环境保护部门2006年设定的0.5ppm限值。

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图4 PU-CG导电涂层释放的游离氯浓度

(a)在3.5%NaCl溶液中恒定的阳极电位(4V,SCE);

(b)在现场试验期间

为了计算海洋生物污损的附着量,将渔网清洗后在105 ℃的烘箱中烘烤24 h使其干燥。500天浸没试验后的PU-CG涂层试样与对比试样的平均海洋生物污损附着量分别为0.921和0.196g/ cm2。

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图5 渔网上的海洋生物附着量平均干重

海洋生物污损主要为是多毛类动物、苔藓虫类、被囊类动物等。研究结果表明,PU-CG涂层具有优异的防污性能,但导电涂层与渔网之间的附着力及耐久性还有待进一步提升。

结语

(1)实验室测试表明,含有炭黑和石墨作为填料的聚氨酯树脂是用于导电涂层的最佳基料;

(2)2500天实地浸没试验后,PU-CG涂层释放的氯含量符合2006年台湾环境保护部门规定限值(低于0.5ppm),具有良好的海洋生物污损抑制性能。该试验结果表明,在解决现有解决方案存在的海洋水质污染问题的同时,使用导电涂层是一种能有效抑制生物污损的防污技术;

(3)PU-CG导电涂层和渔网之间的附着力及耐久性还不理想,在现场试验期间发生一些涂层剥落问题;

(4)导电涂料可以应用于网箱养殖和固网渔业,以此抑制海洋生物污损。

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