生物污损是指海水环境中的生物体在结构物（如船舶等海洋工程装备）的水下部位材料表面的附着和生长。它的发生将会对海洋工程装备材料的使役性能造成严重影响。以船舶为例，生物污损会显著增加航行阻力，当主要是微生物污损形成时，会增加阻力20%以上，严重的污损则会增加阻力80%以上，从而显著降低航速，同时严重的生物污损会导致燃油消耗增加1倍（30节速度），二氧化碳等温室气体排放增多；另外，污损生物的附着还会使得材料和海水本体环境间的界面状态会发生显著变化，如溶解氧、酸度、盐度等都不同于本体环境；附着生物的新陈代谢还会产生如H2S,NH4+等腐蚀性代谢产物，诱发和促进材料发生腐蚀，降低结构安全性，增加维修维护费用等。因此生物污损的发生会显著影响装备的使役性能，同时经济损失严重，环境影响巨大，必须采取措施进行防除。
 

生物污损的发生会显著影响装备的使役性能
 

　　在众多的防污技术中，在材料表面涂刷防污涂层是最为简便易行的办法。传统的防污涂层主要是依靠在涂料中添加重金属类防污剂，通过其释出后对污损生物的强烈毒杀作用进行防污，如有机锡类防污涂层。由于这类涂层在防污的同时会对非目标生物产生较高毒性，且很难分解，能经过贝类和鱼类等生物进入人类食物链，直接危害人体健康，对生态环境具有非常严重的破坏作用，因此自2008年起已经被国际海事组织（IMO）全面禁止在所有的新造船或修船中使用。目前应用较多的是以含铜防污剂（如氧化亚铜、硫氰酸亚铜等）的无锡自抛光防污涂料（TF-SPC）为主，尽管TF-SPC的主防污剂氧化亚铜的毒性较有机锡小，但由于铜离子会在港湾等处形成累积，对生态环境同样会造成非常严重的破坏性影响，因此也面临着被限用或淘汰的趋势，迫切需要发展可替代的绿色防污材料。

 

　　绿色船舶产业发展战略的提出也迫切需要发展绿色无毒防污材料。2012年10月1日，中国船级社发布《绿色船舶规范》并正式生效，提出了我国的造船产业结构优化升级发展战略方向。该规范明确提出绿色船舶对环境的保护目标是减少船舶对海洋、陆地、大气环境造成破坏或污染，同时减少营运所产生的二氧化碳排放量。在实现环境保护目标的功能要求中第二条明确提出：船舶的防污底系统不应含有生物杀灭剂。因此，现役的以毒杀生物进行防污作用的含铜防污剂涂层显然不符合绿色船舶的产业结构升级战略方向，发展对环境友好的绿色无毒防污材料势在必行。

 

　　要建立无毒绿色的防污新途径，就要求在抑制生物污损的过程中，不能够对生物体的生理过程造成干扰、对生物体不产生毒杀作用。由于生物污损是生物体在分泌粘附蛋白等黏附剂后，通过其在海水介质中与材料表面接触并形成足够的结合力实现的。因此，为避免对生物体本身产生影响或干扰，必须对生物黏附剂与材料表面间的界面作用过程中的本质进行研究，探清二者在海水环境介质下的作用关系，并通过建立对生物黏附剂的液化-固化界面结合过程的干扰方法，以及合理设计材料表面特性降低生物黏附剂的结合力，形成对生物体无干扰、不毒杀的污损抑制方法，为绿色无毒防污材料的设计和发展提供理论基础。

 

　　从根本上讲，海洋环境中的生物污损是海洋生物在海洋工程材料表面发生的由以探寻合适表面为主的暂时性、可逆附着到长期生长栖息的不可逆、永久性附着的行为转变结果。生物（黏附剂）、材料、环境介质（如海水）构成了生物附着过程中的整个界面作用体系，材料表面是生物（黏附剂）和环境介质（如海水）发生界面结合作用的共同对象，相互间的分子间结合作用强弱是影响界面结合的关键因素。因此，要有效抑制生物附着的发生，减弱生物（黏附剂）和材料表面之间的分子结合作用，就需要抑制生物黏附剂的活性，并在热力学和动力学上合理设计材料的表面特性参数，使之有利于和环境介质（如海水）间的分子间结合作用，降低生物黏附剂与材料表面进行结合作用的几率，使之无法产生附着所需的足够结合力，最终选择通过可逆附着离开表面；反之，生物通过黏附剂与材料表面间能够形成足够的结合力，生物体就会由可逆的暂时性附着向不可逆的永久附着转化，最终形成污损。因此，深入研究材料表面特性（超亲水、超疏水、织构化）与生物黏附剂的作用规律和机制，以及探讨如何降低和控制生物黏附剂的活性，干扰其固化结合过程，可以从分子水平上指导生物惰性吸附材料的设计，为绿色无毒防污材料的发展提供理论支持。

 

　　绿色无毒防污材料的研究可以大幅提升我国海洋防污材料的技术水平，促进我国海洋防污材料向对环境友好防污材料的升级换代，为绿色船舶产业发展战略等重大经济战略的实施提供重要的技术支撑。

责任编辑：郭静