任何淹没在海水中的表面都受到海洋生物的影响，包括数十万种细菌、藻类和软体动物。这些海洋生物通常被航运业称为污染或生物污染。有机物质在海面上的积累会对海洋工业产生严重的影响。这些影响包括船舶燃料消耗增加、温室气体排放增加以及由于水下船体老化而丧失机动能力。船体的劣化通过涂层降解、生物腐蚀和船体粗糙度的增加发生。生物污染每年给航运业造成数十亿美元的运输费用(卡洛和卡洛，2011)。

防污涂料是防止海洋生物堆积的长期解决方案。它们被工业广泛使用，通常依赖于一种有毒物质的浸出，如:

• 铜(金属)
• 氧化亚铜
• 重金属(铅)
• 砷涂料
• 三丁锡(tbt基化合物)。

然而，上述所有涂层在不同程度上对水生生物都有不利影响，更具体地说，对更广泛的海洋生物如牡蛎、哺乳动物和鱼类都有不利影响。2008年1月，国际海事组织禁止在所有类型的船舶上使用基于tbt的涂料。为了应对这一变化，防污涂料中含有高浓度的铜，这导致了新的环境问题。

环境问题意识的提高和IMO2020(降低航运业含硫量的决议)导致的船用燃料价格(船舶燃料的主要来源)的上涨，为航运业寻找替代解决方案提供了理由。

新型低表面能量污垢释放涂料是一种环境友好的选择，显示出了减少使用生物杀菌剂的影响和节省航运业燃料消耗的潜力。污垢释放涂料是该行业的下一代智能涂料。它们降低了燃料成本，也不会将杀菌剂滤入海洋，从而为航运公司节省了资金。

目前最先进的污垢释放涂料包含两大类具有污垢释放特性的聚合物材料:硅树脂和氟基聚合物。188金宝搏bet官网尽管这些聚合物的危害比基于生物杀菌剂的涂料要小，但它们也会将有毒成分引入海洋环境。由于其实质性质和化学结构，这些涂层系统非常柔软，容易磨损和撕裂。软污垢释放聚合物具有低弹性模量，低表面能，与生物污垢的粘附性极低。问题是，随着时间的推移，它们会磨损，在海洋中产生大量的微塑料。一些科学家正在研究这种影响，比如意大利锡耶纳大学的弗雷德里克·加洛和其他人的《海洋垃圾塑料和微塑料及其有毒化学成分:需要采取紧急预防措施》。其他报告也表明，这些含氟化合物被怀疑同样会引起健康问题，包括癌症、肝损伤、生育能力下降以及哮喘和甲状腺疾病风险增加。商业软污垢释放涂料的主要问题是他们的弱附着力;这使它们不可能在不损害其涂层表面的情况下正确清洁。

石墨创新和技术公司已经开发了一种坚硬的污垢释放涂层，可以很容易地清洁，不需要应用底漆底层。这种复合智能涂层是基于纳米材料的最新进展。188金宝搏bet官网石墨烯以其高机械强度、低摩擦和难以置信的韧性而闻名。该公司已经研究了三年多的技术，能够创造一个坚硬、稳定的表面，不会将毒素或微塑料过滤到海洋中。该涂层的性能包括一个有益的光滑表面，可以提供与软污垢释放技术相同的燃油节省性能。

该涂层还采用了绿色化学，采用了最先进的聚合复合材料，主要来自可再生能源。与挥发性有机化合物(VOCs)含量高达40%的商业涂料相比，该涂料的挥发性有机化合物含量几乎为零，新技术计划在2022年投入商业生产。

Foul-Release涂料

由于其潜在的表面特性，这种“光滑”涂层可以节省燃料。188金宝搏bet官网材料科学使人们能够深入研究纳米尺度的表面形貌以及海水与涂层表面之间的化学相互作用。在这种情况下，两种类型的有机硅和氟化涂料与新开发的硬污垢释放涂料进行了比较。这些涂层表面的粗糙度被降至约0.01 μ m，这赋予了它们诱人的光滑表面，改善了其表面水流，减少了船舶感受到的阻力(图1)。

海水与涂覆船体之间的相互作用对船舶的水动力学非常重要。水与涂层表面的接触越少，船观察到的阻力就越小。而且，海洋生物要想附着在表面上就越难。降低了表面的界面张力，提高了该工艺的疏水性和自清洁性能。图2展示了商业技术与新型硬污垢释放技术的对比，概述了使用“无柄滴实验”评估海水与涂层表面相互作用的“接触角”。

软污垢释放技术的主要局限性

硅酮和含氟聚合物基涂料的主要问题之一与船体在日常航运操作中暴露于划痕和损坏有关。在这些涂层的使用寿命中，当它们被刮伤时，它们会去除其顶部的涂层层，从而产生易受生物污染影响的缺陷。这一缺陷也扰乱了船体的流体动力学，是进一步的涂层分层周围的损坏区域的来源。图3通过一个简单的实验，比较了软污垢释放技术与GIT新开发的技术的抗划伤性。两种样品均用螺丝刀以5公斤力45°手动划伤。这个简单的实验展示了两种技术的抗划伤性，也模拟了日常的航运操作和船体清洗操作。

在涂料开发中使用先进材料科学的主要好处之一是能够进一步增加这类材料的硬度而不失去其灵活性188金宝搏bet官网。虽然非常柔软，氟基聚合物可以承受大量的变形。这种新开发的硬质污垢释放涂层的主要优势之一是，由于其石墨烯纳米薄片具有极高的韧性，在同一材料中具有弯曲能力，同时抗划伤能力(图4)。

多功能硬污垢释放涂料的优点

新时代的智能船舶涂料具有难以置信的高硬度和良好的耐刮性。D shore硬度超过72.5，而硅基污垢释放涂层的D shore硬度为0.2(图5)。智能涂层还提供了内在的防腐蚀功能，VOC含量低于10%。硬质污垢释放涂料的发展引领了环保涂料的新时代，提供:

• 更安全的应用(低蒸发，低气味)和增加工人安全。
• 降低油漆重量。
• 能在水下清洗船体而不损坏油漆。
• 涂层干燥后损耗低(湿膜厚度干膜厚度)。
• 较少的涂料应用需要获得充分的覆盖。
• 更好地控制涂装质量。
• 避免生产延误，加大环保力度。

图6比较了传统杀菌剂涂料与软、硬污垢释放技术的区别。

底线/展望未来

减少海洋污染和提高船舶的能源效率是水下海洋涂料的未来发展方向。新的环境限制正在实施，如IMO 2020和现在的IMO 2030，到2030年将二氧化碳排放量减少至少40%，努力在2050年达到70%，以实现与《巴黎协定》一致的温度目标。此外，随着人们对水下噪音及其对海洋哺乳动物影响的新认识，对环境友好的解决方案的开发将有很大的空间。智能涂料技术旨在通过成为解决方案的一部分来解决这些问题，最终目标是解决我们的环境危机，为航运业节省资金。