任何一種浸在海水中的表面都會受到海洋生物(如細菌，藻類，軟體動物以及浮游生物等)的附著，這種現象則被稱為污損或海洋污損。海洋污損附著在船體上不僅增加了船舶本身的重量和行進時的阻力，造成了更多的燃料消耗，造成船體腐蝕，還縮短了船舶使用年限，增加了昂貴的維護費用。為了防止海洋附著生物的污損，早在羅馬時代銅就被作為防污涂料鍍在船底，直到最近，三丁基錫(TBT)已經成為最廣泛的防污涂料。然而由于TBT 自拋光涂料對環境的有害影響，現在防污涂料的發展關鍵是尋找一種更生態的替代品。
 
       納米材料由于其體積效應、表面效應等特殊性能，可與涂料中的其他顏填料結合而在表面形成分等級的結構。同時，某些納米材料還具有光催化、耐老化、量子尺寸效應和抗菌性等優點。因此，研究含有納米材料或分級結構的防污涂料以替代TBT 自拋光涂料，已經成為國內外環保型海洋防污涂料的主要研究方向。
 
       目前，納米材料在海洋防污涂料中的使用主要有3 種形式：(1)利用納米材料本身的抗菌性來增強涂料的抗污效果；(2)將納米顆粒作為功能性藥物載體，實現對防污劑的緩慢釋放功能；(3)通過納米顆粒制備出具有納米級結構的防污涂層表面，通過控制涂層表面微結構來抑制或組織無損生物的附著。
 
      本文主要綜述了幾種常見的用于海洋防污涂料中的納米材料，包括SiO2、TiO2、ZnO、碳納米管等，初步探討了其對涂層防污性能的影響。
 
基于SiO2 型防污涂料
       對于含有防污劑的防污涂料來說，其重要性能要求之一就是具有最佳防污劑釋放速率，防污劑釋放過快會導致防污組分過早和過快的消耗，同時也引起海水中不必要的高濃度，而釋放過慢則會毫無疑問的引起海洋污損。Yuan Le 等制備了小于60nm的Ag/SiO2 殼核結構作為海洋抗菌抗腐蝕丙烯酸涂層的填料，電感耦合等離子體發射光譜測試結果表明，相比同一時期的Cu2+，Ag+ 從基體樹脂的滲出率更低。而Chen Meiling 等利用納米SiO2 制備出具有微納米分等級結構的涂層，納米SiO2 的加入降低了涂層的表面能，同時在一定程度上改善了其防污性能。Hao Wu 等制備了硅烷偶聯劑和聚乙二醇修飾的PVDF 復合膜用作水處理凈化，SiO2 作為一種載體促進了PDMS 和PEG 分子在膜表面的遷移，提高了膜的防污性能。然而也有研究表明，不能水化的納米粒子可能對魚類，浮游生物，甚至深海中的哺乳動物等造成危害，因此，研究可水化且無毒的納米粒子改性防污涂料尤為重要。

 
基于TiO2/ZnO 型防污涂料
       在光照下，納米TiO2 和ZnO 可產生具有強氧化能力的氧自由基或羥基自由基來分解有機污染物，從而產生較強的廣譜抗菌活性。但由于羥基自由基的高反應速率常數，光反應只局限于光催化劑表面，這也限定了光殺死區是近表面的。
 
       Carl 等將納米TiO2 和碳納米管作為填料加入到聚二甲基硅氧烷(PDMS)樹脂中，在紫外光照射下納米TiO2 可阻止幼蟲附著，提高了PDMS 樹脂的污損脫除效果。在紫外光照射下光催化時，包覆TiO2 減少了幼蟲的附著，甚至在很低的納米填料濃度(3.75(wt)%)時，尤其是暴露于光催化TiO2 的具足面盤幼蟲有100%的死亡率。Peng Gao 等制備了多功能的氧化石墨-TiO2 微球分等級膜，通過組裝GO-TiO2 到聚合物膜上，TiO2 在光照下分解有機物使聚合物膜具有持續的高水通量。李善文等用正交實驗法考察了以納米TiO2 為改性劑的低表面能海洋防污涂料，由實海掛板試驗發現，加入的nano-TiO2 可使涂料的污損海生物附著量大大減少，其防污效果得到了明顯提高。
 
      ZnO 納米顆粒對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌都有抗菌效果，甚至對耐高溫高壓的孢子也有抗菌活性。此外，抗菌活性主要與比表面積和濃度有關，越小的ZnO 顆粒抗菌活性越好，而與顆粒形狀和結晶度關系不大。它的抗菌機理可能是因為Zn2+的釋放或細菌細胞壁和ZnO 納米粒子的相互作用導致的損害。Robert 等研究了金屬氧化物納米顆粒對浮游植物的影響，ZnO 納米顆粒對浮游植物的毒性主要是因為Zn2+ 的溶解、釋放和攝取。LiguoShen 等以納米ZnO 為填料制備系列聚醚砜薄膜，以牛血清蛋白為模擬污損物證明，加入納米ZnO 可有效提高薄膜的防污性能。Erjun Tang 等制備了聚甲基丙烯酸修飾的納米ZnO 顆粒，納米ZnO 表面的羥基可和聚甲基丙烯酸的羧酸基反應生成聚甲基丙烯酸鋅，抑制了納米ZnO 顆粒的團聚。
 
基于CNT 型防污涂料
      碳納米管(carbon nanotubes,CNT)在經過表面修飾之后可形成納米復合材料，其殺蟲劑性能、抗蛋白質污損及污損釋放性能使它在生物污損防治中成為完美材料，但其防污機理目前仍無清晰的解釋。
 
      Xiaobao Qi 等以聚乙二醇作為連接劑制備了共價鍵固定抗生素頭孢氨芐的多壁碳納米管，發現其大大提高了對革蘭氏陰性菌(大腸桿菌和銅綠假單胞菌)和革蘭氏陽性菌(葡萄球菌和芽孢桿菌)的抗菌和抗粘附性能。Fateme Irani 等以原始的和氟化的MWNTs 為填料制備了聚二甲基硅氧烷污損釋放涂層，結果表明盡管兩種MWNTs 的用量很少，但可改變涂層的表面性能，氟化的MWNTs 提高了涂層的污損釋放性能，與沒有填料的涂層相比，減少了67%的假藤壺的附著力。
 

責任編輯：溫蕊

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