Нанотехнологии на защите от морских обитателей

Известно, что водная среда богата различными микроорганизмами, водорослями. Все металлоконструкции, которые пребывают в воде, подвергаются воздействию этих микроорганизмов. Такое постоянное воздействие является причиной усиленного процесса коррозии металла. Это ведет к преждевременному износу металлоконструкций, судов, различных портовых и гидротехнических сооружений. Поверхности данных сооружений обрастают водорослями, к ней налипают мелкие морские организмы. В большей части от этого страдают морские суда, а значит экономические и экологические потери возрастают.

Большое значение в данном процессе приобретает защита судов от обрастания микроорганизмами и от биологического повреждения. Такие повреждения приводят к уменьшению безопасности при эксплуатации судна, увеличивают потребление топлива почти на половину. Дополнительная постановка судна в док требует дополнительных затрат.

С целью предотвращения обрастания водорослями и морскими организмами, поверхности таких конструкций окрашивают специальными ЛКМ. Их бывает 2 вида: самоочищающиеся ЛКМ и биоцидные, т. е. с химическими добавками, убивающими все живое.

Первый вид предотвращает обрастание. В состав таких материалов предусматривает наличие полимерных соединений, которые растворяется в морской воде. Данный материал был очень эффективен и находил широкое применение. Однако для экосистемы он весьма токсичен. В данное время накопление вредных веществ в морской экосистеме стало угрожающим и с 2008 года эти биоциды были запрещены.

Ученые всего мира взялись за поиски новых видов ЛКМ, которые бы в своем составе не имели токсических веществ. В настоящее время в качестве пленкообразующей основы применяют канифоль, закись меди и др. медьсодержащие соединения. Но и этот состав не столь безопасен, как хотелось бы. Экологи уверены, что через 2-3 года нужно будет вновь направлять научные разработки на поиск новых соединений, так как срок службы ЛКМ на основе меди составляет максимум 5 лет.

Новые разработки ЛКМ должны отвечать таким требованиям, как: потеря активности токсичных компонентов хотя бы в течение 12 часов, полный отказ в противообрастающих покрытиях от тяжелых металлов, замедленность выделения их в воду, что обеспечит снижение их концентрации в морской воде.

Ученые видят два направления разработки защиты от коррозии и биообрастания металлоконструкций в связи с этими требованиями:

ЛКМ со скользкой поверхностью, которая препятствует обрастанию и налипанию микроорганизмов и дает возможность не добавлять вредные добавки;

Добиться увеличения срока службы покрытия, за счет использования новых высокоэффективных экологически безопасных материалов с пониженной токсичностью.

Первое направление заключается в использовании нетоксичных покрытий, слои которых легко удаляются механически, просто встречной водой при движении судна.

Благодаря гладкости на такое покрытие не налипают морские микроорганизмы и эти же свойства способствуют повышению скорости судов и экономии топлива. Основным пленкообразователем таких покрытий являются фторированные и кремневые добавки. Однако покрытия такого типа эффективны на судах с большой скоростью, где поток воды может смыть налипшие организмы, а это скорость выше 18 узлов.

При производстве лакокрасочных материалов, обеспечивающих покрытия с низким поверхностным натяжением или покрытия, из состава которых медленно вымываются основные компоненты, существуют трудности, к числу которых относится временные изменения покрытия. Это выражается в том, что поверхностное натяжение на только что смоченной чистой водой поверхности может сильно отличаться от поверхностного натяжения на поверхности, которая в течение нескольких дней находилась без движения.

Скорость и размеры такого изменения зависят от состава покрытия. В обоих случаях, при разработке универсальных покрытий существенную роль отводят нанотехнологиям. С ними можно изначально на микроуровне управлять поведением частиц. За рубежом уже разработаны ЛКМ с поверхностью из наноматериалов, которые эффективно противостоят обрастанию поверхностей морскими организмами.

Эти ЛКМ разработаны на основе нанодобавок. Еще в качестве противообрастающих агентов, по данным зарубежных изданий, является применение стандартных фармацевтических продуктов. Ведь совсем необязательно убивать морские организмы, достаточно не давать им прикрепляться к поверхности, находящегося в воде объекта. Так что для тех, кто занимается производством ЛКМ широкое исследовательское поле.