Противообрастающие краски для судов

Введение

Специализированная краска для корпусов судов

Противообрастающая краска – это специализированная категория покрытий, наносимых в качестве внешнего слоя на корпус судна или лодки для замедления роста и облегчения отслаивания подводных организмов, прикрепляющихся к корпусу и способных повлиять на характеристики и долговечность судна. Она относится к категории коммерчески доступных подводных красок для корпуса, также известных как краски для подводной части. Противообрастающие краски часто используются как один из компонентов многослойных систем покрытий, которые могут выполнять и другие функции, помимо противообрастающих свойств, например, служить барьером против коррозии на металлических корпусах, предотвращая разрушение и ослабление металла, или улучшать обтекаемость корпуса рыболовных судов и высокоскоростных гоночных яхт. Хотя чаще всего речь идет о применении к судам, противообрастающие краски также полезны в других областях, таких как морские сооружения и рыбоводные фермы.

История

В эпоху парусного флота парусные суда сильно страдали от обрастания корпуса ракушками и водорослями, называемого "обрастанием". Начиная с середины 1700-х годов, тонкие листы меди, а примерно через 100 лет – сплав Мунца, прибивались к корпусу в попытке предотвратить морской рост. Одним из известных примеров традиционного использования металлической обшивки является клипер "Катти Сарк", который сохранился как музейное судно в сухом доке в Гринвиче, Англия. Хотя разработки антиобрастающих покрытий начались с 1840 года, первые практически применимые коммерческие антиобрастающие покрытия появились около 1860 года. Другие широко используемые антиобрастающие краски были разработаны в конце XIX века, и к 1872 году было зарегистрировано около 213 патентов на антиобрастающие материалы. Отмечалось, что (британское) Адмиралтейство в 1847 году рассматривало предложение об ограничении количества железных кораблей (только недавно введенных в военно-морскую службу) и даже о продаже всех имеющихся в его распоряжении железных кораблей из-за серьезных проблем с обрастанием. Однако, после того как была найдена антиобрастающая краска "с весьма удовлетворительными результатами", железные корабли были сохранены и продолжали строиться. Во время Второй мировой войны, в которой флот играл значительную роль, ВМС США выделили существенное финансирование Океанографическому институту Вудс-Холл для сбора информации и проведения исследований в области морского обрастания и технологий его предотвращения. Результаты этой работы были опубликованы в виде книги в 1952 году, содержание которой доступно в сети в виде отдельных глав. Третья и заключительная часть этой книги содержит ряд глав, посвященных современному уровню разработки антиобрастающих красок на тот момент. Лunn (1974) предоставляет дополнительную историческую информацию.

Современные антиоболочки

В наше время антиобрастающие краски изготавливаются с использованием оксида меди (или других соединений меди) и/или других биоцидов – специальных химических веществ, которые препятствуют росту ракушек, водорослей и морских организмов. Исторически медные краски были красными, что привело к тому, что днища судов до сих пор красят в красный цвет. "Мягкие" или абляционные краски дна медленно вымываются в воде, высвобождая в водную толщу биоцид на основе меди или цинка. Движение воды увеличивает скорость этого процесса. Абляционные краски широко используются на корпусах рекреационных судов и обычно требуют повторного нанесения каждые 1–3 года. Краски "контактного выщелачивания" "создают пористую пленку на поверхности. Биоциды удерживаются в порах и высвобождаются медленно". Другой тип твердых антиобрастающих красок включает тефлоновые и силиконовые покрытия, которые слишком скользкие для прикрепления обрастаний. Системы SealCoat, требующие профессионального нанесения, высыхают с небольшими волокнами, выступающими с поверхности покрытия. Эти волокна перемещаются в воде, предотвращая прикрепление обрастаний. Теперь, когда трибутилтин запрещен, наиболее распространенными антиобрастающими красками являются краски на основе меди. Антиобрастающие краски на основе меди также могут оказывать негативное воздействие на морские организмы. Медь встречается в природе в водных системах, но может накапливаться в портах или маринах, где много лодок. Медь может вымываться из антиобрастающей краски с корпусов судов или отслаиваться от корпусов в виде частиц краски разного размера. Это может привести к превышению нормальных концентраций меди в портах или бухтах. Избыток меди в морской экосистеме может оказать негативное воздействие на морскую среду и ее организмы. В маринах было обнаружено, что речной нерит, пресноводная улитка, имеет более высокую смертность, отрицательный прирост и значительное снижение репродуктивной способности по сравнению с районами без судоходства. У улиток в маринах также наблюдались больше тканевых (гистопатологических) проблем и изменения в таких органах, как жабры и половые железы. Увеличение воздействия меди из антиобрастающих красок также было показано снижающим активность ферментов у артемий. Частицы антиобрастающей краски могут быть съедены зоопланктоном или другими морскими видами и перемещаться по пищевой цепи, накапливаясь в рыбах. Это накопление меди по пищевой цепи может нанести вред не только тем видам, которые поедают частицы, но и тем, которые накапливают ее в своих тканях с пищей. Частицы антиобрастающей краски также могут попадать в осадок гаваней или бухт и наносить ущерб бентосной среде или организмам, которые в ней обитают. Это известные эффекты антиобрастающих красок на основе меди; однако, они не были предметом интенсивного изучения, поэтому степень воздействия полностью не известна. Необходимы дополнительные исследования, чтобы полностью понять, как эти краски и содержащиеся в них металлы влияют на окружающую среду. Порт Сан-Диего изучает способы снижения поступления меди из антиобрастающих покрытий на основе меди, а штат Вашингтон принял закон, который может постепенно ввести запрет на использование антиобрастающих покрытий на основе меди на рекреационных судах, начиная с января 2018 года. Однако, несмотря на токсичную химию антиобрастающих красок и их накопление в водных путях по всему миру, аналогичный запрет был отменен в Нидерландах после того, как Научный комитет Европейского Союза по вопросам здоровья и окружающей среды пришел к выводу, что Гаага недостаточно обосновала закон. В экспертном заключении комитет пришел к выводу, что объяснение правительства Нидерландов "не предоставляет достаточных научно обоснованных доказательств того, что использование антиобрастающих красок на основе меди на катерах для отдыха представляет значительный риск для окружающей среды". "Самоочищающиеся" или "абляционные" краски – это более старый тип краски, предназначенный для создания покрытия корпуса, которое медленно аблируется (изнашивается), обнажая новый слой биоцидов. Очистка корпуса, покрытого самоочищающейся краской, во время нахождения в воде высвобождает биоциды в окружающую среду. Один из способов снизить воздействие на окружающую среду от корпусов, покрытых самоочищающейся краской, – это вытаскивать их и очищать на судостроительных верфях с использованием системы "замкнутого цикла". В ответ на растущую обеспокоенность по поводу экологического загрязнения, вызванного антиобрастающими красками на основе меди, были разработаны некоторые инновационные антиобрастающие краски, не содержащие меди или олова. Возможной заменой антиобрастающей краски в будущем может стать слизь. Сетчатая структура будет покрывать корпус судна, под которой ряд пор будет подавать соединение, образующее слизь. Соединение будет превращаться в вязкую слизь при контакте с водой и покрывать сетку. Слизь будет постоянно отслаиваться, унося с собой микроорганизмы и личинки ракушек.

In modern times, antifouling paints are formulated with cuprous oxide (or other copper compounds) and/or other biocides—special chemicals which impede growth of barnacles, algae, and marine organisms. Historically, copper paints were red, leading to ship bottoms still being painted red today. "Soft", or ablative bottom paints slowly slough off in the water, releasing a copper or zinc based biocide into the water column. The movement of water increases the rate of this action. Ablative paints are widely used on the hulls of recreational vessels and typically are reapplied every 1–3 years. "Contact leaching" paints "create a porous film on the surface. Biocides are held in the pores, and released slowly." Another type of hard bottom paint includes Teflon and silicone coatings which are too slippery for growth to stick. SealCoat systems, which must be professionally applied, dry with small fibers sticking out from the coating surface. These small fibers move in the water, preventing bottom growth from adhering. Now that tributyltin has been banned, the most commonly used anti fouling bottom paints are copper based. Copper based antifouling paints can also have adverse effects on marine organisms. Copper occurs naturally in aquatic systems but can build up in ports or marinas where there are lots of boats. Copper can leach out of anti fouling paint from the hulls of the boats or fall off the hulls in different sized paint particles. This can lead to higher than normal concentrations of copper in the ports or bays. This excess of copper in the marine ecosystem can have adverse effects on the marine environment and its organisms. In marinas, the river nerite, a brackish water snail, was found to have higher mortality, negative growth, and a large decrease in reproduction compared to areas with no boating. The snails in marinas had more tissue (histopathological) issues and alternations in areas like their gills and gonads as well. Increased exposure to copper from antifouling paint has also been found to decrease enzyme activity in brine shrimp. Antifouling paint particles can be eaten by zooplankton or other marine species and move up the food chain, bioaccumulating in fish. This accumulation of copper through the food web can cause damage to not only the species eating the particle, but those that are accumulating it in their tissues from their diet. Antifouling paint particles can also end up in the sediment of harbors or bays and damage the benthic environment or the organisms that live in them. These are the known effects of copper based antifouling paint; however, it has not been a large focus of study so the extent of the effects is not fully known. More research is needed to fully understand how these paints and the metals in them affect their environments. The Port of San Diego is investigating how to reduce copper input from copper based antifouling coatings, and Washington State has passed a law which may phase in a ban on copper antifouling coatings on recreational vessels beginning in January 2018. However, despite the toxic chemistry of bottom paint and its accumulation in water ways across the globe, a similar ban was rescinded in the Netherlands after the European Union's Scientific Committee on Health and Environmental Risks concluded The Hague had insufficiently justified the law. In an expert opinion, the committee concluded the Netherlands government's explanation "does not provide sufficient sound scientific evidence to show that the use of copper based antifouling paints in leisure boats presents significant environmental risk." "Sloughing bottom paints", or "ablative" paints, are an older type of paint designed to create a hull coating which ablates (wears off) slowly, exposing a fresh layer of biocides. Scrubbing a hull with sloughing bottom paint while it is in the water releases its biocides into the environment. One way to reduce the environmental impact from hulls with sloughing bottom paint is to have them hauled out and cleaned at boatyards with a "closed loop" system. Some innovative bottom paints that do not rely on copper or tin have been developed in response to the increasing scrutiny that copper based ablative bottom paints have received as environmental pollutants. A possible future replacement for antifouling paint may be slime. A mesh would cover a ship's hull beneath which a series of pores would supply the slime compound. The compound would turn into a viscous slime on contact with water and coat the mesh. The slime would constantly slough off, carrying away micro organisms and barnacle larvae.