守護國產航母 舍材料人其誰

▼這是如今拔錨遠航的遼寧艦。

▼這是2002年3月4日,拖行近三年後,艱難抵達大連、垂垂老矣的瓦良格。

艦艏下方的暗紅色污垢可不光是冰冷的鐵鏽,同樣「洋溢著勃勃生機」,藤壺、管蟲、苔蘚蟲、貽貝……各色海洋生物依附在艦體上,與之共存的是細菌、硅藻一類的微生物。

再往前的1905年,日本海軍在對馬海峽迎戰總噸位明顯佔優的沙俄第二太平洋艦隊,僅以損失3艘魚雷艇的代價,擊沉敵艦21艘、俘虜9艘,幾乎令對手全軍覆沒,創造了海戰歷史上的奇蹟。

●對馬海戰

真的是日軍憑一己之力,打敗了戰鬥民族嗎?

俄國艦隊從波羅的海出發,繞行好望角遠道馳援,航行近半年,原本馳騁寒帶的戰艦途徑溫帶和熱帶水域,艦體附著了大量的海洋污損生物,航速嚴重下降,最終在戰場上駛向覆沒。小小的藤壺,阻擋了萬噸鋼鐵巨獸。

●密恐治療神物——藤壺

現代科學對海洋生物污損有了更為系統、全面的認知,海洋生物可在設備表面產生大量分泌物,加速金屬表面的腐蝕,導致支撐性鋼材的強度下降,造成安全隱患,縮短設備服役期。

在人類開發利用海洋資源的過程中,船舶、養殖網箱、採油平台、核電站等設備飽受其害,全球海洋中的超過4000種污損生物,每年都會造成難以估算的損失。

●核電站排水管一旦遭到堵塞,冷卻效率下降,後果可能不堪設想

一個未經保護處理的設備放在海里,先是蛋白質和多糖等營養物質的吸附形成基膜,隨後由單細胞生物在其上附著形成生物膜,接著是硅藻孢子等多細胞生物附著繁殖成粘液層,藤壺等大型生物會隨之而來,形成複雜的污損層,整個過程不過幾天功夫。泡上幾個月,設備便會被海洋生物完全覆蓋。

●海洋污損生物的一般套路

而防治海洋生物污損的傳統方式當然是……搓。

無論是古典的機械清除,還是使用超聲波或電化學方法,毒殺附著於設備的海洋生物,都要面臨成本高昂、維護周期短、治標不治本的問題。

要論經濟適用、效果持久的防污辦法,還得指望防污塗料。

●現代船舶沒有防污塗料就下海等於裸奔

過去,以有機錫為主要有效成分的毒性防污塗料,一度佔據市場主流。但有機錫等成分被大量釋放到海洋中,通過食物鏈的累積造成了嚴重的生態隱患,逐漸被各國禁用。

如今常用的環境友好型防污材料,主要是基於丙烯酸銅、丙烯酸鋅或丙烯酸硅烷酯聚合物開發的無錫自拋光防污材料。

●傳統自拋光聚合物及其水解機理

但我國在這一領域的發展並不理想,因為高分子樹脂是此類防污塗料最重要的原材料,其合成和應用技術長期被國外跨國公司壟斷。

加之海洋防污研究周期長、投入大,項目進展緩慢,作為一個擁有近300萬平方公裏海域和32000公裏海岸線的海洋大國,正需要迎頭趕上。

近期,華南理工大學科研團隊針對傳統自拋光防污樹脂存在的系列問題,如自拋光性依賴於船的運動和周圍海水的沖刷, 不能滿足靜態防污的要求; 聚合物水解和溶解的協同性很難控制; 聚合物不降解,形成「海洋塑料垃圾」等,在國際上首次製備了主鏈降解型自拋光防污聚合物:聚(己內酯-co-甲基丙烯酸甲酯-co-三烷基硅基甲基丙烯酸酯),其在靜態環境下仍能以恆定的速率降解,實現防污劑的可控釋放。從而發展了革新傳統自拋光材料的有效途徑。

●主鏈降解型聚丙烯酸硅烷酯基自拋光聚合物

這項研究始自2006年,當問及國家對這方面的投入與重視程度時,課題負責人馬春風教授表示:「國家對此並不是很重視,而是十分重視!」我國是海洋大國,海域遼闊,海洋已成為我國經濟社會發展的必然選擇和重要空間。開發利用海洋資源和海洋空間,發展海洋經濟已成為我國的重要發展戰略。開發海洋,防護先行,這其中最難也最有技術含量的,就是海洋防污。

華工課題組進行大量探索後,在國際上提出「降解防污」的新路徑,發展了一系列生物降解高分子基防污材料並最早在海洋實驗中獲得成功。先後設計和製備出具有優異力學性能和可控降解速率的生物降解型聚氨酯、主鏈降解-側鏈水解型聚氨酯以及具有防污功能的生物降解高分子材料等。

●脫掉脫掉,通通脫掉

在實海掛板實驗中,這一新型聚合物展示出優異的防污效果。更為重要的是,該聚合物還可通過主鏈酯鍵斷裂降解成小分子,不會造成海洋塑料污染。

華南理工大學的這一研究成果被《European Coatings》(歐洲塗料)作為亮點報道,實現了我國在海洋防污材料領域的突破!

END

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