[发明专利]具有抗污性能并用于与水有关、特别是与海洋有关的应用的制品

说明书

技术领域

本发明涉及具有抗污性能并用于与水有关、特别是与海洋有关的应用的制品，并且还涉及用于减缓水生生物体在可没入水中的或可半没入水中的结构上的生长的方法。

本发明涉及抗污(“antifouling”)船舶涂料领域。抗污船舶涂料是用于防止动物或植物向船舶水下体上固定的终涂层。它们出于安全、保持船舶的机动性、降低燃料消耗、对抗腐蚀和结构加重的原因而使用。

背景技术

“生物污垢”的问题是材料在海洋介质中浸没所产生的主要问题。该现象的防止产生显著的维护成本。

实际上，“生物污垢”或“污垢”的形成产生于在海水中的浸没过程中，其中有机和无机分子层极快地吸附到材料表面上。该吸附材料层或“生物膜”充当悬浮地存在于海洋介质中的细菌的粘附媒介。

海洋细菌对表面的这种定殖是快速的，并且在几小时到几天后达到静止状态。最后，其它海洋生物体在表面上定殖，附着的细菌吸收这些其它生物体。结合到表面上的这些活生物体的整体构成“生物污垢”，英文为“fouling”。

海洋污垢的粘附涉及浸没在海中的任何结构：船舶、管线、冷却塔和线路、港口结构、海洋传感器、水产养殖体系等。导致的损害是多种多样的。实际上，例如生物体在这些结构上结壳，其对结构的性能具有负面影响。

特别是，对于船壳，多种海洋生物体的结壳提高船壳和海水之间的摩擦，这降低速度并可导致更大的燃料消耗。因此，船舶的未被抗污体系保护的底部可以在海中度过少于六个月以后被每平方米150kg的污垢所覆盖。

为了避免该经济损失，也为了更好地抑制腐蚀现象，将抗污涂料施加于暴露于水的结构的浸没部分上，该涂料的目的是防止或显著降低海洋生物体的结壳导致的积垢。抗污涂料的原理基于活性物质在该表面和海水之间的界面的受控释放。只要在表面释放的活性物质的浓度是有效且规则的，则该涂料的有效性得以保持。因此，大部分抗污涂料含有杀生物产品，该产品经常是有机金属化合物(基于锡、铜或锌)或有机化合物(杀真菌剂、杀藻剂、杀细菌剂)，它们由于其有毒活性而防止海洋污垢的粘附。

然而，与这些涂料的使用有关的问题是它们向海洋介质中释放对海洋动物群和植物群有害的物质。此外，涂层变得越来越粗糙并逐渐降解，这提高燃料消耗并提高浸没的结构发射的流体力学噪声。

这种新的困难已通过使用自抛光抗污涂料而得以解决。除了具有杀生物剂，这些涂料在船舶的移动导致的腐蚀以及海水导致的表面水解的作用下具有规则的且受控的随着时间的厚度损失。与海水接触的涂层的缓慢腐蚀使得可以恒定地用杀生物剂将表面更新。

自1960年代以来开发的自抛光抗污涂料基于锡盐。它们是由三丁基锡(TBT)甲基丙烯酸酯共聚物配制的自抛光抗污涂料，其具有恒定的渗滤率。接枝到丙烯酸树脂粘合剂上的TBT通过在水中的水解而缓慢释放。这种涂料的实例记载于文献FR-A-2266733、FR-A-2557585、EP-A-0051930和GB-A-2118196中。

三丁基锡(TBT)是非常有效的，因此是在抗污涂料中最经常使用的杀生物剂，但是已证实该产品的降解分子和它的代谢物具有严重且持续的污染性。由于这些原因，国际海事组织禁止使用锡基抗污涂料。

目前使用的抗污涂料主要基于含铜化合物和/或合成化合物，但是也基于有机硅类型的聚合物。

至于铜基涂料，尽管它们比锡盐的毒性低，但是它们实际上经常用大比例的氧化亚铜进行配制(参见例如文献EP-A-051930或FR-A-2557585)，主要的粘合剂基于通常为丙烯酸树脂类型的特殊聚合物。然而，它们仅仅针对海洋动物群有效，为了对抗藻类的生长，必须加入除草剂，这会对环境造成新的威胁。

该替代方案因此不能提供这样的可持续解决方案：它用于保护环境，以免在不含锡但是富含铜的涂料的大量使用后遭受严重的重离子(特别是铜离子)排放。

用于防止与海水接触的结构表面的积垢的另一种方案在于将这些表面用至少一种保护涂层覆盖，与水接触的该涂层的外层是有机硅弹性体。这些涂层由称为“污垢释放涂层”的涂料制备。这些新的抗污涂料的原理是形成具有低表面能的很光滑的表面，生物体非常难以黏附于其上。当这样的表面静止时，海洋生物体可以沉积于其上。然而，由于基于有机硅的终涂层的低表面张力和光滑性，这些生物体通过船舶的运动导致的摩擦作用或者水的运动的力很简单地去除。这也意味着，如果存在围绕着船壳的水的足够的运动，就发生自然的自清洁作用。

由于这些性能，即使船舶在海中或在水中的来往较少，运动较少，也有利于更宽的清洁间隔。这是由于海洋生物体难以粘附到表面上；这也使得清洁变得更容易。