編譯整理：Sabrina Feng

　　受污染的生物附著在船體上，容易滋生細(xì)菌和寄生蟲，從而對(duì)水產(chǎn)品的生產(chǎn)造成不利影響。缺乏抗生物附著能力是海洋設(shè)備面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。生物附著不僅會(huì)增加設(shè)備的維護(hù)成本，還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障和腐蝕失效。

　　涂料是最廣泛使用的海洋設(shè)備維護(hù)方法之一。傳統(tǒng)的溶劑型防污涂料使用有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)，通過在涂料體系中釋放殺菌劑來防止微生物附著。然而，使用有機(jī)溶劑會(huì)消耗大量化石能源，而且有機(jī)溶劑具有揮發(fā)性，對(duì)施工人員的健康有害。此外，殺菌劑的釋放會(huì)對(duì)海洋環(huán)境造成污染，更容易在海洋生物體內(nèi)積累，威脅食用海洋生物的人類安全。有研究報(bào)道將低毒結(jié)構(gòu)化合物作為滅菌因子接枝到丙烯酸樹脂側(cè)鏈上，控制滅菌因子的水解，實(shí)現(xiàn)涂層的自拋光。與重金屬銅殺菌因子相比，它們雖然“綠色”，但仍具有毒性，對(duì)海洋微生物構(gòu)成威脅。為了解決這一行業(yè)難題，研究人員不斷創(chuàng)新，致力于開發(fā)新材料和新技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)既環(huán)保又防污的新型涂層。

　　使用填料提高性能

　　水性涂料應(yīng)滿足環(huán)保要求，如污染小、揮發(fā)性有機(jī)物排放量低等優(yōu)點(diǎn)。然而，大多數(shù)水性防護(hù)涂料無法同時(shí)具備環(huán)保、防腐和防附著性能。水性環(huán)氧改性硅樹脂乳液兼具環(huán)氧樹脂和硅樹脂乳液的特性，具有高附著力和低表面能的特點(diǎn)，可以滿足環(huán)保和防污的要求。

　　水性涂料既能達(dá)到傳統(tǒng)溶劑型涂料的性能，又符合環(huán)保理念，在防腐領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。通過不同的改性手段和技術(shù)優(yōu)化，可以進(jìn)一步提高水性涂料的性能，滿足更多實(shí)際應(yīng)用的需要。有研究采用機(jī)械混合法將有機(jī)硅乳液與TiO2 分散體結(jié)合，合成了一種具有長(zhǎng)期疏水性和自清潔性能的水性有機(jī)硅納米復(fù)合涂料。但其在自然污染環(huán)境下的長(zhǎng)期自清潔性能欠佳。還有研究提到將制成的陽離子有機(jī)硅乳液與丙烯酸乳液混合后，利用丙烯酸乳液的低玻璃化溫度使混合乳液在室溫下固化，得到的涂層能夠具有良好的疏水性和機(jī)械性能。然而，由于涂層體系中存在兩種乳液，因此需要考慮兼容性和單組分的含量，這是一項(xiàng)巨大的工作量。

　　為了提高硅樹脂乳液涂料的綜合性能，人們?cè)谕苛象w系中加入了無機(jī)填料，使其更適合工程應(yīng)用。有研究者成功開發(fā)了一種雙組分無機(jī)涂料，并系統(tǒng)研究了成膜助劑對(duì)涂料穩(wěn)定性的影響，最終確定了最佳配方和固化時(shí)間。還有研究以納米二氧化硅溶膠為主要成膜物質(zhì)，加入適量的無機(jī)填料，制備出性能優(yōu)異的無機(jī)涂料。

　　探索一種新的環(huán)保涂料

　　近年來，石墨烯在各個(gè)領(lǐng)域都顯示出了巨大的應(yīng)用潛力。將石墨烯作為填料添加到表面能較低的水性樹脂乳液中以提高涂料的耐腐蝕性是明智之舉。但由于乳液顆粒表面富含羥基，容易團(tuán)聚，活性較高，會(huì)導(dǎo)致分散性和穩(wěn)定性降低。各種相關(guān)研究表明，采用銨接枝氧化石墨烯作為分散劑，有效解決了水性環(huán)氧樹脂制備過程中的微觀缺陷問題，提高了石墨烯納米粒子在水性環(huán)氧樹脂中的相容性和分散性；在水性環(huán)氧含鋅涂料中加入不同含量的石墨烯，得益于石墨烯的層狀阻隔效應(yīng)和導(dǎo)電效應(yīng)，涂層的陰極保護(hù)和阻隔性能得到了明顯改善；利用超聲波分散技術(shù)將石墨相氮化碳(g- C3N4 )引入環(huán)氧水溶液中，改性后的水性復(fù)合環(huán)氧涂層也能表現(xiàn)出優(yōu)異的阻隔性能。這些研究主要關(guān)注填料的均勻分布和涂料耐腐蝕性能的提高，而對(duì)低表面能硅樹脂的研究較少。

　　在上述討論的基礎(chǔ)上，上海海洋大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)采用簡(jiǎn)單的機(jī)械攪拌方法將無機(jī)填料加入水性環(huán)氧改性硅樹脂乳液中，并形成交聯(lián)劑在室溫下固化，制備出具有環(huán)保和耐腐蝕性能的穩(wěn)定涂層。通過掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）和電化學(xué)阻抗譜（EIS）分析了涂層的微觀結(jié)構(gòu)、相變和耐腐蝕性能。討論了有機(jī)硅樹脂的失效機(jī)理。無機(jī)填料的加入使涂層同時(shí)具有無機(jī)和有機(jī)特性，即更優(yōu)異的綜合性能。環(huán)氧改性硅樹脂乳液中的高硅含量使涂層具有更好的疏水性能。此外，氧化石墨烯的片狀結(jié)構(gòu)能有效緩解金屬基體的腐蝕。這項(xiàng)研究為防止微生物附著和保護(hù)海洋環(huán)境中的金屬設(shè)備提供了一種新方法。

　　隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，水性涂料將逐漸取代所有傳統(tǒng)的油性涂料。本文重點(diǎn)研究了水性環(huán)氧改性有機(jī)硅涂料的結(jié)構(gòu)和性能，研究成果為水性有機(jī)硅涂料的探索提供了參考價(jià)值。

　　該研究將氧化石墨烯作為納米填料引入到復(fù)合涂料中進(jìn)行改性，系統(tǒng)研究了氧化石墨烯改性復(fù)合涂料的性能。當(dāng)氧化石墨烯的用量為0.1 wt. % 時(shí)，復(fù)合涂層的綜合性能最佳。研究還將最佳改性復(fù)合涂層浸入模擬海水中研究其失效行為。復(fù)合涂層在海水中浸泡前后的結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。此次實(shí)驗(yàn)深入研究了復(fù)合涂層在模擬海水中的長(zhǎng)期腐蝕規(guī)律。通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)分析，合理解釋了復(fù)合涂層的失效過程，并繪制了失效過程的機(jī)理圖。

　　結(jié)論

　　該研究在低表面能環(huán)保防污的基礎(chǔ)上，制備出了一種水性環(huán)氧改性硅樹脂乳液成膜材料，能用于海洋環(huán)境下水性有機(jī)耐蝕防污透明涂料。為了使其兼具無機(jī)和有機(jī)特性，還添加了工業(yè)填料。同時(shí)，在涂層體系中添加了不同含量的氧化石墨烯（GO）。針對(duì)涂層性能進(jìn)行了綜合分析，得出最佳的GO含量為0.1 wt.%。此外，研究通過海水浸泡實(shí)驗(yàn)對(duì)復(fù)合涂層進(jìn)行了研究，并提出了涂層的失效過程。

　　本研究制備的復(fù)合涂層兼具環(huán)保和疏水防污特性，通過各種性能評(píng)價(jià)，其綜合性能優(yōu)異，即滿足了長(zhǎng)效涂層、環(huán)境友好和防污耐腐蝕的要求。

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