生物污損是一個老生常談的問題了，自打人們開始造船，這種固著的水生生物就沒有少過，它們隨時會附著在船體上并把船體當成安家的理想場所。

    全世界的海軍和航運業都清楚，帶著這些附著在船體上的五花八門的水下野生生物航行會給船的性能、速度和燃料消耗帶來巨大的不利影響。

    一、生物污損的形成

    生物污損根據其在基體上的附著形式可分為兩類：第一類污損是由各種細菌和微型動植物等微觀有機體吸附在材料表面并繁殖引起的，稱之為微生物污損；第二類污損是各類大型藻類及原生動物個體附著在基體表面并逐漸繁殖而形成的，稱為大型生物污損，是肉眼可見、最為常見也是最為廣泛的一類污損。

    海下固體表面上生物污損層的形成歷經三個階段，即修整膜、生物膜和生物污損層。任何侵入海水的物體在數分鐘內表面就會吸附一層有機物，形成修整膜；然后細菌和硅藻等相繼在修整膜上附著并分泌胞外代謝產物形成微生物膜或黏膜；隨后其他原核生物、真菌、藻類孢子以及大型污損生物幼蟲在膜中發育生長，最后形成復雜的大型污損生物層。作為海洋污損的必經階段，生物膜厚度可達微米級，是由微小生物及其代謝物連同海洋中的一些有機物、顆粒物相互粘連一起形成的厚度小于 1mm的膜狀生物群落，研究表明水、細菌及其胞外高聚物是生物膜的主要成分。生物膜的形態及結構在很大程度上決定大型污損生物的附著，并最終影響整個生物污損層的形成。

    海洋生物污損過程大體可分成三個階段：初期階段、發展階段、穩定階段。

    污損過程初期階段為細菌和硅藻分泌粘液在海中潔凈物體表面形成微生物粘膜；發展階段為大型污損生物的幼體開始附著，種類和個體數不斷增多，群落體積和質量不斷增大，演替現象明顯，一些個體密度大，生長迅速的種類成為群落的主導種；穩定階段為生長期長、個體大的種類充分生長，排擠或覆蓋了一些已經附著的中、小型種類，群落種類組成比較復雜和質量較大，隨著時間的推移，其結構不會發生很顯著的變化。

    二、生物污損的危害

    污損生物的種類和污損的影響程度隨海域、海水深度、溫度和使用海水的設施的不同而不同。海洋生物污損的危害可以歸納為三大類：

    加速金屬的腐蝕污損生物在鋼板上附著，由于硫酸鹽還原細菌、鐵細菌的作用，使金屬的腐蝕加劇；一些污損生物會破壞金屬表面的涂層，使金屬裸露而導致金屬的腐蝕；有石灰外殼的污損生物覆蓋在金屬表面，改變了金屬表面的局部供氧，形成氧濃差電池而加速腐蝕；一些藻類由于光合作用產生氧氣，增加水中的溶解氧的濃度，從而加速金屬的腐蝕。影響設施的正常使用對船舶來說，污損生物的附著增加了行進的阻力，使航行速度下降，油耗增加；對海水輸送管道和冷卻設施來說，污損生物的附著會造成管道的阻塞、換熱效率降低；同時污損生物的附著可以造成海中的儀表及轉動機構失靈，影響聲學儀器、浮標、網具、閥門等設施的正常使用。

    影響水產養殖業的產量和質量污損生物的附著影響牡蠣等養殖貝類的正常生長，使其產量下降。而污損生物在藻類表面的附著，影響了藻類養殖產品質量。

    三、生物污損的防治方法

    海洋生物污損的防治方法多種多樣，目前國內尚無統一的分類標準。按防污技術所采用的原理，將其分為以下幾種：

    物理防污法指采用物理手段如提高流速、過濾、超聲波等來達到防污的目的。物理防污法主要有人工或機械清除法、過濾法、加熱法等。人工或機械清除法：主要用于對已經附著污損生物的設施進行人工或機械清除。這種方法是應用最早的防污方法，也是發展比較成熟的方法，目前已有各種用于清理管道、設備內污垢的機械用于實際生產中。這種方法的主要缺點是不能預防污損的發生，只能在污損發生后進行清理。

    過濾法一般和別的防污方法聯合使用，作為對海水的初級處理。加熱法：向附著了污損生物的海水系統中通入熱水，用熱水殺死污損生物，然后用大量海水清除殘骸。

    超聲波法利用電子裝置產生超聲波來破壞污損生物的生存環境。紫外線防污法，利用紫外光殺死污損生物，從而達到防污的效果。物理防污的方法中，目前最先進的是低表面能涂料防污法。這種防污涂料的主要材料有氟聚合物和以二甲基硅氧烷為基料的硅樹脂材料兩種。利用這類材料的表面自由能低、污損生物難以附著的特性，從而達到防污的目的。這種防污涂料的最大優點是其環保無毒，不含生物殺生劑，它代表了新型防污技術的發展方向。低表面能涂料在船舶上已有超過60個月的運行紀錄。

    化學防污法 指采用化學物質對海洋污損生物進行毒殺，阻止其附著。化學防污法是目前使用最廣的方法。根據化學物質的加入方式，又可以將化學防污法分為直接加入法、電解法和化學防污涂料法。

    直接加入法 直接將一些有防污效果的化學物質加入到海水中，抑制或者殺死海洋污損生物。一般加入的化學物質有液氯、次氯酸鈉溶液、二氧化氯和臭氧等。由于液氯在貯存、運輸和使用中存在安全問題和環境問題，而次氯酸鈉溶液貯存時間短易分解，故目前加入液氯或次氯酸鈉溶液的方法正在逐漸被其它方法所取代。加入臭氧的方法是一種比較新穎的防污方法。目前國內已有相關的研究報道。與加入氯相比，臭氧具有更強更廣譜的殺生作用，而且殺生速度快無污染。臭氧防污技術有著良好的發展前景，但這項技術還有待于進一步完善。

    四、海洋防污

    海洋防污涂料

    海洋防污涂料有著悠久的歷史，最初的防污涂料技術可以追溯到 1625 年Willian Beale 的發明，但是直到 1860 年代，才有可實用的防污涂料出現。傳統的海洋防污方法是涂裝毒性防污涂料，這類防污涂料是以毒料緩慢地釋放到船體表面的層流水層中，以殺死在船體表面自由活動的附著生物幼體來達到防除的效果。20 世紀 70 年底以來，國內外大部分國家的船舶都采用自拋光 TBT 共聚物涂料來防治海洋生物污損。這種生物毒素涂料可以阻止污損生物的累積、降低動力拖曳而減少燃油損耗、降低船舶進干塢和清洗時間。由于傳統的船舶防污涂料會向海水釋放有毒的顏料，分解難以控制，防污有效期短，隨著防污技術的進步，這類防污技術已經基本淘汰。而后取而代之的是含金屬離子（銅、鋅）和殺蟲劑的低毒防污涂料，由于不易降解的金屬離子在海洋中的沉積和殺蟲劑對非目標性海洋生物的毒殺，仍然會對海洋環境造成污染和影響，于是技術逐漸轉向新型無毒防污技術。新型無毒防污技術的發展非常活躍，包括低表面能防污、高吸水樹脂為基礎的防污、電解海水防污、表面植絨防污、硅酸鹽高堿性表面防污、納米防污及生物防污方法。

    低表面能防污技術

    表面能是指某一表面與另一表面的連接能力，表面能低可以阻止海洋生物最初的附著。經研究得知如果能使船體或人工設施表面的自由能降低，利用涂層的疏水結構和低表面能等物理特性防污的完全無毒防污涂料，可使海洋污損生物難以在上面附著，即使附著也不牢固，在水流或其他外力作用下就容易脫落，因此，該類涂料又稱之為不粘性涂料或污損物脫落型涂料。低表面能防污涂料通過對機體樹脂進行改性，降低漆膜面自由能的方法來抑制海洋生物附著的目的。涂料的表面能只有在低于20mN/m，即涂料與液體的接觸角大于98°時才具有防污效果。基于其設計思想，研究人員選擇具有低表面能特性的含氟高聚物和有機硅材料進行海洋防污涂料應用研究。聚四氟乙烯具有很低的表面能（18.5mJ/m 2 ），與水的接觸角為114°， 理論上應具有優異的防污性，但研究發現防污能力很差，美國海軍實驗室Schmidt等人研究其原因為：第一，涂層致密性較差，海洋微生物易于深入涂膜內并牢固粘附在涂料孔洞內；第二，涂層表面絕大部分是 CF2 基團，其耐生物附著性能較差；第三，海洋微生物接觸涂層表面時，誘導表層聚合物發生重排，使涂層表面能變大。有機硅防污涂料經歷了從有機硅橡膠到改性有機硅樹脂的研發過程，Brady 等研究了有機硅和氟碳樹脂兩種涂層上生物的脫落剝離，認為污損生物從涂層表面的剝落可分為剝離、平面剪切、非平面剪切三種方式。

    其中剝離脫落所需的能量最小，污損生物不容易粘附或粘附后最容易脫落。為使污損生物以剝離方式從涂層表面脫落、低表面能防污涂料的涂膜除了必須具有低的表面能外，還應具有足夠低的彈性模量。涂膜的彈性模量越低，防污效果越好污損生物的附著量與彈性模量和表面能乘積的平方根成正比。此外防污效果還與涂膜厚度有關，涂膜越厚，污損生物越容易從涂膜表面剝離。低表面能海洋防污涂料研發至今，所合成材料的表面能已經很低（約為 6mJ/m 2 ），然而即使具有最低表面能的光滑表面，其與水接觸角也僅有120°， 難以在高。

    近年來，人們相繼發展了許多對材料表面進行納米尺度粗糙化的技術，從而實現大大提高材料表面疏水性能的目的。

    應用技術制備的表面與水的接觸角都達到 150°以上，具有超疏水性能和優異的耐粘污性能。

    仿生防污涂料

    生活在海洋中的生物大多具有抵制附著海洋生物的能力：大型哺乳動物海豚的表皮能分泌出特殊的黏液，形成親水低表面能表面， 使海洋生物難以附著；海蟹可以分泌出一種酶，這種酶能抑制附著生物產生的生物膠的凝固，從而防止生物附著，海藻含有對附著生物有避忌或抑制作用的化學物質；珊瑚、海綿的代謝物能強烈抑制紋藤壺幼蟲的附著，致死率低于 5%，遠遠低于常用防污劑中的 CuSO 4 。仿生防污涂料利用的是仿生學原理，主要有兩個方向：一個是提取海洋中的天然活性物質作為防污劑；另一個是模擬大型海洋動物的表皮結構來實現防污。受海豚表面光滑粘膜的啟發，研究人員開發出一種可生物降解以乳酸為基礎的樹脂成膜物。將這種成膜物涂覆在船體表面，形成一層光滑粘膜，隨著船舶航行不斷降解，始終保持船體表面光滑，達到防污的目的。德國、美國的科學家已表征了大型海洋動物的表皮結構，這些表皮的表面存在微米級溝槽，同時能分泌黏液，這樣的特殊結構能阻止海生物的附著，通過仿生方法，利用化學手段模擬這些表層結構，這一技術一旦取得成功，仿生防污涂料將成為真正的無毒防污涂料。

    海洋防污涂料的發展呈現多品種趨勢，在眾多環保型海洋防污涂料中，對低表面能高分子型的海洋防污涂層的研究與開發仍然是目前環保型海洋防污層研究的熱點，隨著人們海洋環境保護意識的增強，研究與開發穩定性好、效率高的環境友好型防污涂料是海洋防污涂料技術的最終目標。