生物污損是指海水環(huán)境中的生物體在結(jié)構(gòu)物（如船舶等海洋工程裝備）的水下部位材料表面的附著和生長(zhǎng)。它的發(fā)生將會(huì)對(duì)海洋工程裝備材料的使役性能造成嚴(yán)重影響。以船舶為例，生物污損會(huì)顯著增加航行阻力，當(dāng)主要是微生物污損形成時(shí)，會(huì)增加阻力20%以上，嚴(yán)重的污損則會(huì)增加阻力80%以上，從而顯著降低航速，同時(shí)嚴(yán)重的生物污損會(huì)導(dǎo)致燃油消耗增加1倍（30節(jié)速度），二氧化碳等溫室氣體排放增多；另外，污損生物的附著還會(huì)使得材料和海水本體環(huán)境間的界面狀態(tài)會(huì)發(fā)生顯著變化，如溶解氧、酸度、鹽度等都不同于本體環(huán)境；附著生物的新陳代謝還會(huì)產(chǎn)生如H2S,NH4+等腐蝕性代謝產(chǎn)物，誘發(fā)和促進(jìn)材料發(fā)生腐蝕，降低結(jié)構(gòu)安全性，增加維修維護(hù)費(fèi)用等。因此生物污損的發(fā)生會(huì)顯著影響裝備的使役性能，同時(shí)經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重，環(huán)境影響巨大，必須采取措施進(jìn)行防除。
生物污損的發(fā)生會(huì)顯著影響裝備的使役性能
在眾多的防污技術(shù)中，在材料表面涂刷防污涂層是最為簡(jiǎn)便易行的辦法。傳統(tǒng)的防污涂層主要是依靠在涂料中添加重金屬類防污劑，通過其釋出后對(duì)污損生物的強(qiáng)烈毒殺作用進(jìn)行防污，如有機(jī)錫類防污涂層。由于這類涂層在防污的同時(shí)會(huì)對(duì)非目標(biāo)生物產(chǎn)生較高毒性，且很難分解，能經(jīng)過貝類和魚類等生物進(jìn)入人類食物鏈，直接危害人體健康，對(duì)生態(tài)環(huán)境具有非常嚴(yán)重的破壞作用，因此自2008年起已經(jīng)被國(guó)際海事組織（IMO）全面禁止在所有的新造船或修船中使用。目前應(yīng)用較多的是以含銅防污劑（如氧化亞銅、硫氰酸亞銅等）的無錫自拋光防污涂料（TF-SPC）為主，盡管TF-SPC的主防污劑氧化亞銅的毒性較有機(jī)錫小，但由于銅離子會(huì)在港灣等處形成累積，對(duì)生態(tài)環(huán)境同樣會(huì)造成非常嚴(yán)重的破壞性影響，因此也面臨著被限用或淘汰的趨勢(shì)，迫切需要發(fā)展可替代的綠色防污材料。
綠色船舶產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的提出也迫切需要發(fā)展綠色無毒防污材料。2012年10月1日，中國(guó)船級(jí)社發(fā)布《綠色船舶規(guī)范》并正式生效，提出了我國(guó)的造船產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)發(fā)展戰(zhàn)略方向。該規(guī)范明確提出綠色船舶對(duì)環(huán)境的保護(hù)目標(biāo)是減少船舶對(duì)海洋、陸地、大氣環(huán)境造成破壞或污染，同時(shí)減少營(yíng)運(yùn)所產(chǎn)生的二氧化碳排放量。在實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的功能要求中第二條明確提出：船舶的防污底系統(tǒng)不應(yīng)含有生物殺滅劑。因此，現(xiàn)役的以毒殺生物進(jìn)行防污作用的含銅防污劑涂層顯然不符合綠色船舶的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)戰(zhàn)略方向，發(fā)展對(duì)環(huán)境友好的綠色無毒防污材料勢(shì)在必行。
要建立無毒綠色的防污新途徑，就要求在抑制生物污損的過程中，不能夠?qū)ι矬w的生理過程造成干擾、對(duì)生物體不產(chǎn)生毒殺作用。由于生物污損是生物體在分泌粘附蛋白等黏附劑后，通過其在海水介質(zhì)中與材料表面接觸并形成足夠的結(jié)合力實(shí)現(xiàn)的。因此，為避免對(duì)生物體本身產(chǎn)生影響或干擾，必須對(duì)生物黏附劑與材料表面間的界面作用過程中的本質(zhì)進(jìn)行研究，探清二者在海水環(huán)境介質(zhì)下的作用關(guān)系，并通過建立對(duì)生物黏附劑的液化-固化界面結(jié)合過程的干擾方法，以及合理設(shè)計(jì)材料表面特性降低生物黏附劑的結(jié)合力，形成對(duì)生物體無干擾、不毒殺的污損抑制方法，為綠色無毒防污材料的設(shè)計(jì)和發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。
從根本上講，海洋環(huán)境中的生物污損是海洋生物在海洋工程材料表面發(fā)生的由以探尋合適表面為主的暫時(shí)性、可逆附著到長(zhǎng)期生長(zhǎng)棲息的不可逆、永久性附著的行為轉(zhuǎn)變結(jié)果。生物（黏附劑）、材料、環(huán)境介質(zhì)（如海水）構(gòu)成了生物附著過程中的整個(gè)界面作用體系，材料表面是生物（黏附劑）和環(huán)境介質(zhì)（如海水）發(fā)生界面結(jié)合作用的共同對(duì)象，相互間的分子間結(jié)合作用強(qiáng)弱是影響界面結(jié)合的關(guān)鍵因素。因此，要有效抑制生物附著的發(fā)生，減弱生物（黏附劑）和材料表面之間的分子結(jié)合作用，就需要抑制生物黏附劑的活性，并在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)上合理設(shè)計(jì)材料的表面特性參數(shù)，使之有利于和環(huán)境介質(zhì)（如海水）間的分子間結(jié)合作用，降低生物黏附劑與材料表面進(jìn)行結(jié)合作用的幾率，使之無法產(chǎn)生附著所需的足夠結(jié)合力，最終選擇通過可逆附著離開表面；反之，生物通過黏附劑與材料表面間能夠形成足夠的結(jié)合力，生物體就會(huì)由可逆的暫時(shí)性附著向不可逆的永久附著轉(zhuǎn)化，最終形成污損。因此，深入研究材料表面特性（超親水、超疏水、織構(gòu)化）與生物黏附劑的作用規(guī)律和機(jī)制，以及探討如何降低和控制生物黏附劑的活性，干擾其固化結(jié)合過程，可以從分子水平上指導(dǎo)生物惰性吸附材料的設(shè)計(jì)，為綠色無毒防污材料的發(fā)展提供理論支持。
綠色無毒防污材料的研究可以大幅提升我國(guó)海洋防污材料的技術(shù)水平，促進(jìn)我國(guó)海洋防污材料向?qū)Νh(huán)境友好防污材料的升級(jí)換代，為綠色船舶產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略等重大經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略的實(shí)施提供重要的技術(shù)支撐。
作者：藺存國(guó)
