CN102435604B - 一种污损释放型防污涂层防污性能的室内评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海洋生物污损防护技术领域，涉及一种污损释放型防污涂层防污性能的室内评价方法，包括静态附着实验、计算与评价动态防污性能和确定权重值三个工艺步骤：先在室内将待评价的样板放入硅藻和石莼孢子悬浮液中进行静态附着实验，通过显微镜计数，以海生物附着数量表征防污涂层的防污性能并排序，其附着数越少，涂层的防污性能越好；再将附着有硅藻或石莼孢子的样板固定在旋转冲刷装置上，水流冲刷后通过显微镜计数，计算硅藻与石莼孢子的脱除率，其脱除率越大，涂层的防污性能越好；最后分别将室内评价结果与实海挂板数据比较，其评价结果与实海挂板结果相关性好，可靠性高，具有评价快速、操作简易的优点。
Description
技术领域：
本发明属于海洋生物污损防护技术领域，涉及一种污损释放型防污涂层防污性能的室内评价方法，特别是一种以硅藻、石莼孢子等典型污损海生物为目标评价生物，采用室内静态附着与动态冲刷相结合来测试其静态与动态防污性能的室内评价方法。
背景技术：
海洋生物在船舶表面的附着会带来极大的危害，采取措施防止海生物污损，对节能降耗，减轻腐蚀均具有重要意义。在船壳表面涂装防污材料是解决生物污损问题最有效、最常用的方法，随着含有机锡、氧化亚铜防污材料的逐渐被禁用和限用，发展对环境友好的新型防污材料势在必行。污损释放型防污材料是利用材料自身的物理、化学和结构等特性，通过减弱污损海生物在涂层表面的界面吸附作用进行防污的一类涂层，如CN101818024A(申请号为201010142998.0)、CN1388196(申请号为02138736.2)等专利公开的污损释放型防污材料，由于不存在材料的消耗和防污剂的释放，因此成为长效环保防污材料最主要的发展方向之一，其防污能力、防污寿命以及环保性能已在应用中逐渐得到了认可。防污性能的评价是防污材料开发、应用过程中极为关键的内容，传统防污涂料是通过控制防污剂的有效释放，以达到杀死或驱避污损海生物的防污目的，如专利EP-A-51930、专利CN101805546A(申请号为201010135154.3)、CN101531841(申请号为200910030819.1)、专利CN101525508(申请号为200810008066.X)、专利CN101485321(申请号为200810072406.5)等所发明的含有机锡、氧化亚铜或有机防污剂的防污涂料。这类防污涂料的室内评价方法有GB/T6824-2008船底防污漆铜离子实海渗出率测定法，ASTM D6442-06(Standard Test Method for Determinationof Copper Release Rate From Antifouling Coatings in SubstituteOcean Water)和ASTM D6903-07(Standard Test Method forDetermination of Organic Biocide Release Rate From AntifoulingCoatings in Substitute Ocean Water)。然而，由于防污机理的不同，以上这些防污性能的室内评价方法并不适用于污损释放型防污材料的防污性能评价，还需要开发新的室内评价方法。专利CN1793910A(申请号为200510104756.1)提出了一种防污涂层防污性能的室内挂板评价方法；Callow等利用自旋喷射水装置或水渠冲刷装置，在一定的水流冲击或剪切力作用下，通过测试硅藻或石莼孢子的脱除率来表征其在防污涂层表面的附着力，以附着力的大小对有机硅防污材料进行评价；Rittschof和Jongsoo等以成体藤壶，采用再附着的方法评价防污材料的防污性能，以藤壶附着强度的大小作为评判依据。但现有的这些室内评价方法只能表征污损释放型防污材料对单一污损海生物的防污能力，评价结果经常因目标评价生物的不同而存在较大差异，即评价结果误差大；同时由于欠缺室内评价与自然环境条件下防污数据相关性规律的研究，其数据可靠性较低，难以用于污损释放型防污材料防污性能的评估。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，针对防污剂渗出型防污涂料的室内防污性能评价方法不适用于污损释放型防污材料评价的现状，设计建立一种容易操作、快速可靠的室内防污性能评价方法，通过室内硅藻、石莼孢子的静态附着与动态冲刷试验，对硅藻、石莼孢子的评价结果设置权重系数来评价污损释放型防污涂层的防污性能，实海挂板验证试验证明，该方法的可靠性较高，评价结果能够如实反映防污涂层实海防污性能。
为了实现上述目的，本发明涉及的污损释放型防污涂层防污性能的室内评价方法包括静态防污性能评价、动态防污性能评价和确定权重值三个步骤：
①静态防污性能评价：在室内将待评价的污损释放型防污涂层样板放入人工培养硅藻和石莼孢子悬浮液中进行静态附着实验，在1～24小时内通过光学显微镜计数，以污损海生物的静态附着数量表征防污涂层的静态防污性能并进行排序，其污损海生物的静态附着数量越少，涂层的静态防污性能越好；将硅藻评价的序数Ad和石莼孢子评价的序数Au分别乘以权重系数Xd、Xu，计算A＝Xd×Ad+Xu×Au，然后根据A值的大小评价防污涂层的静态防污性能；
②动态防污性能评价：在静态附着实验后，将附着有硅藻或石莼孢子的防污样板固定在旋转冲刷装置或水渠冲刷装置上，以1m/s～7m/s的水流速度冲刷3min～5min之后通过光学显微镜计数，并与冲刷前污损海生物的附着数量进行比较，计算硅藻的脱除率与石莼孢子的脱除率，以污损海生物的脱除率表征涂层样片的动态防污性能并进行排序，其污损海生物的脱除率越大，涂层的动态防污性能越好；硅藻评价的序数Td或石莼孢子评价的序数Tu分别乘以权重系数Yd、Yu，计算序数T＝Yd×Td+Yu×Tu，然后根据序数T值的大小评价防污涂层的动态防污性能；
③确定权重值：分别将硅藻、石莼的室内评价结果与实海挂板数据进行比较，以ASTM G169-01的方法分别计算相关性系数，按相关性系数越趋于1权重系数越大的原则，确定①、②步骤中所述的权重系数Xd、Xu、Yd、Yu的取值，其取值范围为0～1，且Xd+Xu＝1，Yd+Yu＝1。
本发明所述的硅藻为海洋附着性硅藻，包括舟形藻(Naviculaspp)和菱形藻(Nitzschiaceae spp)等；所述的石莼孢子为海洋附着性绿藻所释放的浮游孢子，包括石莼(Ulva lactuca)、孔石莼(Ulvapertusa)和裂片石莼(Ulva fasciata)等。
本发明通过室内硅藻、石莼孢子的静态附着与动态冲刷试验，并对硅藻、石莼孢子的评价结果设置权重系数来评价污损释放型防污涂层的防污性能，其评价结果与实海挂板评价结果的相关性好，可靠性高，能够真实反映实海挂板的结果，且具有评价快速、操作简易的优点。
具体实施方式：
下面通过实施例对本发明作进一步描述。
实施例1：评价用硅藻悬浮液的制备
本实施例先将硅藻置于F/2培养基中，放入人工气候箱中进行培养，每天轻轻摇动三角瓶3～4次，并在光学显微镜下用血球计数板测量藻液浓度，当藻液浓度达到1×106个/mL时，再将灭菌的磁子放入三角瓶中，通过低速磁力搅拌将附着在三角瓶底部的硅藻剥离、分散，并通过300目的筛绢过滤，使得硅藻悬浮液中硅藻为单细胞状态，最后用灭菌海水将硅藻悬浮液的密度调整至1×105个/mL。
实施例2：评价用石莼孢子悬浮液的制备
本实施例先挑选多株藻体放在盛有灭菌海水的三角瓶中进行充气培养，控制水温20℃，连续光照15小时，待石莼孢子释放后，再通过300目的筛绢过滤得到石莼孢子悬浮液，并用灭菌海水将石莼孢子浓度调整为1×106个/mL。
实施例3：污损释放型涂层对硅藻的防污性能评价
本实施例先将三种污损释放型涂层样板(Intersleek425、TSE3663和DY-OH201)放入实施例1所制备的硅藻悬浮液中，在20℃下静态附着3小时；取出样板，在灭菌海水中轻轻前后振荡数次除去未附着的硅藻，在光学显微镜下对样板表面附着的硅藻进行计数，以硅藻的静态附着数量表征防污涂层的静态防污性能并进行排序，具体数据见表1；再将静态附着实验计数后的样板迅速固定在旋转冲刷装置上，以2m/s的冲刷速度冲刷5min之后将样板取下，在光学显微镜下对未脱附的硅藻进行计数，计算硅藻的脱除率，以脱除率的大小表征防污涂层的动态防污性能并进行排序，具体数据见表1。
实施例4：污损释放型涂层对石莼孢子的防污性能评价
本实施例先将三种污损释放型涂层样板(Intersleek425、TSE3663和DY-OH201)放入实施例2所制备的石莼孢子悬浮液中，在黑暗环境下培养1小时，温度20℃，之后取出样板在灭菌海水中轻轻前后振荡数次除去未附着的石莼孢子，在光学显微镜下对样板表面附着的石莼孢子进行计数，以石莼孢子的静态附着数量表征防污涂层的静态防污性能并进行排序，具体数据见表1；再将静态附着实验计数后的样板迅速固定在旋转冲刷装置上，在3m/s的冲刷速度下冲刷5min之后将样片取下，在光学显微镜下对未脱附的石莼孢子进行计数，计算石莼孢子的脱除率，以脱除率的大小表征防污涂层的动态防污性能并进行排序，具体数据见表1。
实施例5：权重系数的取值及防污涂层的室内防污性能评价
本实施例先将三种污损释放型涂层样板Intersleek425、TSE3663和DY-OH201按国标GB 5370-2007和GB7789-2007在厦门海域实海挂板三个月测试其动、静态防污性能并进行排序，具体数据见表1；以ASTM G169-01的方法分别计算实海挂板数据与室内硅藻、石莼孢子评价结果的相关性系数；对于静态防污性能，硅藻评价结果与实海数据的相关性系数为1，石莼孢子评价结果与实海数据的相关性系数为1，则赋予权重系数Xd＝0.5、Xu＝0.5；对于动态防污性能，硅藻评价结果与实海数据的相关性系数为1，石莼孢子评价结果与实海数据的相关性系数为0.5，则赋予权重系数Yd＝0.67、Yu＝033；根据以上权重系数进行室内防污性能评价，结果如表1所示，三种FR防污材料的静态防污性能由好到差顺序为：Intersleek425＞DY-OH201＞TSE3663；动态防污性能由好到差顺序为：Intersleek425＞DY-OH201＞TSE3663。
表1：三种FR防污材料的室内防污性能评价
实施例6：室内评价方法的可靠性验证
本实施例先将五种污损释放型涂层样板Intersleek970、Intersleek425、Hempasil X3、TSE3663和DY-OH201按实施例1至实施例4的方法以及实施例5所确定的权重系数进行室内防污性能评价，具体数据见表2，同时按国标GB 5370-2007和GB7789-2007在厦门海域实海挂板半年测试其动、静态防污性能并进行排序，具体数据见表2。
表2：五种FR防污材料的室内及实海挂板防污性能评价
将室内防污评价结果与实海挂板数据相比较可知，室内防污评价结果与实海挂板防污评价结果的顺序是一致的。因此，该室内防污性能评价方法具有较高的可靠性，能够在室内环境下进行FR防污涂层的防污性能评价。
Claims (2)
1.一种污损释放型防污涂层防污性能的室内评价方法，其特征在于包括静态附着实验、计算与评价动态防污性能和确定权重值三个工艺步骤：
①静态附着实验：在室内将待评价的污损释放型防污涂层分别放入人工培养的硅藻悬浮液和人工培养的石莼孢子悬浮液中进行静态附着实验，在1～24小时内通过光学显微镜计数，以污损海生物的静态附着数量表征防污涂层的静态防污性能并进行排序，其污损海生物的静态附着数量越少，防污涂层的静态防污性能越好；将硅藻评价的序数Ad和石莼孢子评价的序数Au分别乘以权重系数Xd、Xu；
②计算与评价动态防污性能：在静态附着实验后，分别将附着有硅藻或石莼孢子的防污样板固定在旋转冲刷装置或水渠冲刷装置上，以1m/s～7m/s的水流速度冲刷3min～5min之后通过光学显微镜计数，并与冲刷前污损海生物的附着数量进行比较，计算硅藻的脱除率与石莼孢子的脱除率,以污损海生物的脱除率表征防污涂层的动态防污性能并进行排序，其污损海生物的脱除率越大，防污涂层的动态防污性能越好；硅藻评价的序数Td或石莼孢子评价的序数Tu分别乘以权重系数Yd、Yu；
③确定权重值：分别将硅藻、石莼的室内评价结果与实海挂板数据进行比较，以ASTM G169-01的方法分别计算相关性系数；按相关性系数越趋于1权重系数越大的原则，确定①、②步骤中所述的权重系数Xd、Xu、Yd、Yu的取值，其Xd、Xu、Yd、Yu的取值范围为0～1，且Xd＋Xu＝1，Yd＋Yu＝1；计算A=Xd×Ad＋Xu×Au，然后根据A值的大小评价防污涂层的静态防污性能；计算序数T=Yd×Td＋Yu×Tu，然后根据序数T值的大小评价防污涂层的动态防污性能。
2.根据权利要求1所述的污损释放型防污涂层防污性能的室内评价方法，其特征在于所述的硅藻为海洋附着性硅藻，包括舟形藻和菱形藻；所述的石莼孢子为海洋附着性绿藻所释放的浮游孢子，包括石莼、孔石莼和裂片石莼。
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