Противообрастающая краска — это специализированная категория покрытий, наносимых в качестве внешнего (внешнего) слоя на корпус судна или лодки, чтобы замедлить рост и облегчить отсоединение подводных организмов, которые прикрепляются к корпусу и могут повлиять на эксплуатационные характеристики и долговечность судна. Она относится к категории имеющихся в продаже подводных красок для корпуса, также известных как краски для днища .
Противообрастающие краски часто применяются как один из компонентов многослойных систем покрытий [1] , которые могут иметь и другие функции в дополнение к их противообрастающим свойствам, например, выступать в качестве барьера против коррозии на металлических корпусах, которая будет разрушать и ослаблять металл, [2] или улучшать поток воды мимо корпуса рыболовного судна [3] или высокопроизводительных гоночных яхт . Хотя обычно обсуждается применение противообрастающих красок на судах, они также приносят пользу во многих других секторах, таких как морские сооружения [4] и рыбоводческие хозяйства . [5]
В эпоху парусов парусные суда сильно страдали от роста ракушек и водорослей на корпусе, называемого «обрастанием». Начиная с середины 1700-х годов тонкие листы меди и примерно 100 лет спустя металл Мунца прибивались к корпусу в попытке предотвратить обрастание морскими организмами. [6] Одним из известных примеров традиционного использования металлической обшивки является клипер « Катти Сарк» , который сохранился как музейный корабль в сухом доке в Гринвиче в Англии . [6] Обрастание морскими организмами повлияло на производительность (и прибыльность) многими способами:
В то время как противообрастающие покрытия начали разрабатываться с 1840 года, первые практические коммерческие противообрастающие покрытия были созданы около 1860 года. [6] Одним из первых успешных коммерческих патентов был патент на «McIness», металлическое мыльное соединение с сульфатом меди, которое наносилось нагретым поверх быстросохнущей грунтовки из канифольного лака с пигментом оксида железа. [6] Химический завод Боннингтона начал продавать противообрастающую краску на основе сульфида меди около 1850 года. [8] Другие широко используемые противообрастающие краски были разработаны в конце 19 века, и к 1872 году было зарегистрировано около 213 патентов на противообрастающие покрытия. [6] Среди наиболее широко используемых в 1880-х и 1890-х годах был горячий пластиковый состав, известный как Italian Morovian. [6]
В официальном письме ВМС США в Комитет Сената США по военно-морским делам от 1900 года [9] было отмечено, что (Британское) Адмиралтейство рассматривало предложение в 1847 году ограничить количество железных кораблей (только недавно введенных в военно-морскую службу) и даже рассмотреть возможность продажи всех железных кораблей, находящихся в его распоряжении, из-за значительных проблем с биообрастанием. Однако, как только была найдена противообрастающая краска «с весьма удовлетворительными результатами», железные корабли были вместо этого сохранены и продолжили строиться.
Во время Второй мировой войны , которая включала существенный военно-морской компонент, ВМС США предоставили значительное финансирование [10] Океанографическому институту Вудс-Хоул для сбора информации и проведения исследований морского биообрастания и технологий его предотвращения. Эта работа была опубликована в виде книги в 1952 году, содержание которой доступно в Интернете в виде отдельных глав. [11] Третья и заключительная часть этой книги включает в себя ряд глав, которые описывают современное состояние дел в то время в области разработки противообрастающих красок. Ланн (1974) приводит дополнительную историю. [12]
В наше время краски для защиты от обрастания изготавливаются с использованием оксида меди (или других соединений меди ) и/или других биоцидов — специальных химикатов, которые препятствуют росту ракушек, водорослей и морских организмов. Исторически медные краски были красными, что привело к тому, что днища кораблей до сих пор красят в красный цвет. [13]
«Мягкие» или абляционные краски для дна медленно отслаиваются в воде, выделяя биоцид на основе меди или цинка в толщу воды. Движение воды увеличивает скорость этого действия. Абляционные краски широко используются на корпусах прогулочных судов и обычно повторно наносятся каждые 1–3 года. Краски «контактного выщелачивания» «создают пористую пленку на поверхности. Биоциды удерживаются в порах и медленно высвобождаются». [14] Другой тип твердых красок для дна включает тефлоновые и силиконовые покрытия, которые слишком скользкие для прилипания роста. Системы SealCoat, которые должны наноситься профессионально, высыхают, оставляя небольшие волокна, торчащие из поверхности покрытия. Эти небольшие волокна перемещаются в воде, предотвращая прилипание роста донного грибка. [14]
В 1960-х и 1970-х годах коммерческие суда обычно использовали донную краску, содержащую трибутилолово , которая была запрещена Международной конвенцией о контроле за вредными противообрастающими системами на судах Международной морской организации из-за ее серьезного токсического воздействия на морскую жизнь (например, крах французского промысла моллюсков). [15] Теперь, когда трибутилолово было запрещено, наиболее часто используемые противообрастающие донные краски основаны на меди. Противообрастающие краски на основе меди также могут оказывать неблагоприятное воздействие на морские организмы. Медь встречается в естественных условиях в водных системах, но может накапливаться в портах или пристанях для яхт, где много лодок. Медь может выщелачиваться из противообрастающей краски с корпусов лодок или падать с корпусов в виде частиц краски разного размера. Это может привести к более высоким, чем обычно, концентрациям меди в портах или заливах.
Этот избыток меди в морской экосистеме может иметь неблагоприятные последствия для морской среды и ее организмов. В пристанях для яхт речная нерита , солоноватая водная улитка, как было обнаружено, имеет более высокую смертность, отрицательный рост и значительное снижение воспроизводства по сравнению с районами, где нет лодок. Улитки в пристанях для яхт имели больше проблем с тканями ( гистопатологических ) и изменений в таких областях, как жабры и гонады. [16] Также было обнаружено, что повышенное воздействие меди из противообрастающей краски снижает активность ферментов у артемии . [17]
Частицы противообрастающей краски могут быть съедены зоопланктоном или другими морскими видами и перемещены вверх по пищевой цепочке, биоаккумулируясь в рыбе. Это накопление меди через пищевую сеть может нанести вред не только видам, поедающим частицу, но и тем, которые накапливают ее в своих тканях из своего рациона. [18] Частицы противообрастающей краски также могут оказаться в отложениях гаваней или заливов и нанести вред бентосной среде или организмам, которые в них живут. Это известные эффекты противообрастающей краски на основе меди; однако это не было предметом большого изучения, поэтому степень воздействия не полностью известна. Необходимы дополнительные исследования, чтобы полностью понять, как эти краски и содержащиеся в них металлы влияют на окружающую среду.
Порт Сан-Диего изучает, как сократить попадание меди в противообрастающие покрытия на основе меди, [19] а штат Вашингтон принял закон, который может ввести запрет на противообрастающие покрытия на основе меди на прогулочных судах с января 2018 года. [20] Однако, несмотря на токсичную химию донной краски и ее накопление в водных путях по всему миру, аналогичный запрет был отменен в Нидерландах после того, как Научный комитет Европейского союза по рискам для здоровья и окружающей среды пришел к выводу, что Гаага недостаточно обосновала закон. В экспертном заключении комитет пришел к выводу, что объяснение правительства Нидерландов «не дает достаточных научных доказательств того, что использование противообрастающих красок на основе меди на прогулочных судах представляет значительный экологический риск». [21]
«Отслаивающиеся краски для днища» или «абляционные» краски — это старый тип краски, предназначенный для создания покрытия корпуса, которое медленно отслаивается (изнашивается), обнажая свежий слой биоцидов. Очистка корпуса отслаивающейся краской для днища, пока он находится в воде, высвобождает ее биоциды в окружающую среду. Один из способов уменьшить воздействие на окружающую среду корпусов с отслаивающейся краской для днища — это их вытаскивание и очистка на верфях с системой «замкнутого цикла». [14] [22]
Некоторые инновационные краски для днища, в состав которых не входят медь или олово, были разработаны в ответ на растущее внимание к абляционным краскам для днища на основе меди, которые считаются загрязнителями окружающей среды. [23] [24] [25]
Возможной будущей заменой противообрастающей краски может стать слизь. Корпус судна будет покрыт сеткой, под которой ряд пор будет поставлять слизистый состав. Состав будет превращаться в вязкую слизь при контакте с водой и покрывать сетку. Слизь будет постоянно отслаиваться, унося с собой микроорганизмы и личинки морских желудей. [26] [27]