CN110726804B - 一种仿生与低表面能海洋防污涂层防污性能的快速评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海洋防污技术领域，为解决传统海洋防污涂层防污性能评价方法不适合研究初期大量筛选配方，操作复杂，评价周期长问题，提供了一种仿生与低表面能海洋防污涂层防污性能的快速评价方法，包括以下步骤：(1)将防污涂层样板的涂层面浸入到指数生长期的人工培养海洋污损藻液中静置培养；(2)取出防污涂层样板，待表面干燥后，测试海洋污损藻类的附着率，以附着率作为防污性能的评价指标对仿生与低表面能海洋防污涂层样板进行评价。本发明试验周期短，样板、评价容器制作简单方便，能在较短的时间内对防污涂层的配方进行大批量初步筛选，为进一步的性能评价试验节省大量时间。
Description
技术领域
本发明涉及海洋防污技术领域，尤其涉及一种仿生与低表面能海洋防污涂层防污性能的快速评价方法。
背景技术
随着人类开发海洋活动的不断扩展，海洋生物污损引起的问题日趋严重。海洋生物污损已成为制约海洋经济发展技术瓶颈之一，是国内外海洋领域都亟待解决的问题。涂装防污涂层是最有效、经济和简便的解决海洋生物污损问题的途径。
防污性能是防污涂层最重要的性能指标，直接与船舶的维修周期、燃油消耗和海洋环境保护有关。防污涂料进入市场前，都要对其防污性能进行评价，但目前的评价方法主要包括以测定常用的铜、代森锌、吡啶硫酮锌等防污剂释放速率的评价方法和以动态性能测试和浅海浸泡为主的实验方法两大类，前者不适合本身并不含防污剂的仿生与低表面能海洋防污涂层的防污性能评价，而后者尽管能直观的观察防污涂层的性能，但是由于海洋环境的复杂性，也存在着不同海区、不同季节、不同年份的生物多样性造成的可比性差的缺点，同时动态性能测试、浅海挂板周期长，损坏或遗失风险高。该方法对于防污涂层研究初期大量筛选配方显然是不适用的，寻找并建立防污涂层配方大通量的快速实验方法是防污涂层研究的关键之一。
中国专利文献上公开了“一种防污涂层防污性能的室内挂板评价方法”，其申请公布号为CN1793910A，该发明通过将涂层样板放入已到指数生长期的人工培养藻液中，每隔6～12小时通过分光光度计测定吸光值或用血球计数板计数，然后根据藻细胞浓度随时间的变化率评价防污涂层的防污特性，可以在短期内对防污涂层的防污性能进行定量表征，但是该方法适合防污剂释放型防污涂料的评价，不适用于仿生与低表面能海洋防污涂层的防污性能评价。樊辉在硕士论文《仿贝壳表面抗海洋污损性能实验室评价方法研究》中防污涂层防污性能评价方法采用将样板上附着的硅藻冲洗下来再用测定叶绿素a的方法来评价，但是，该方法实验操作复杂，很难保证实验结果的准确性。
发明内容
本发明为了克服传统海洋防污涂层防污性能评价方法不适合研究初期大量筛选配方，操作复杂，评价周期长的问题，提供了一种能在较短的时间内对防污涂层的配方进行大批量初步筛选的仿生与低表面能海洋防污涂层防污性能的快速评价方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种仿生与低表面能海洋防污涂层防污性能的快速评价方法，包括以下步骤：
(1)将仿生与低表面能海洋防污涂层样板的涂层面浸入到指数生长期的人工培养海洋污损藻液中静置培养；
(2)取出步骤(1)处理后的仿生与低表面能海洋防污涂层样板，待表面干燥后，测试海洋污损藻类在仿生与低表面能海洋防污涂层样板上的附着率，以附着率作为防污性能的评价指标对仿生与低表面能海洋防污涂层进行评价。
本发明仿生与低表面能海洋防污涂层防污性能的快速评价方法相比于防污漆样板动态性能测试和浅海浸泡试验方法，试验周期短，样板、评价容器制作简单方便，能在较短的时间内对防污涂层的配方进行大批量初步筛选，为进一步的性能评价试验节省大量时间。所述指数生长期的人工培养海洋污损藻液提前摇匀后倒入已灭菌的自制藻类培养容器中，所述自制藻类培养容器为立方体结构，内尺寸长宽高均为10～13cm，材质为有机玻璃或聚碳酸酯，厚度0.4～0.6cm。使用前，洗净晾干后放入超净工作台灭菌30分钟以上。
作为优选，步骤(1)中，静置培养条件为：温度23～25℃，光暗比12:12，光照强度3000～4000lx，培养时间为1～3天。
作为优选，步骤(1)中，所述仿生与低表面能海洋防污涂层样板的放置方法为：涂层面向下靠边倾斜放置，倾斜角度8～15°。为确保评价结果的准确性，必须严格控制在上述倾斜角度内，角度太小，样板取放时涂层表面容易与容器四壁刮擦，影响结果的准确性；角度太大，藻类培养容器取放时，样板容易滑倒，导致实验失败。
作为优选，步骤(2)中，所述附着率的测试方法为：采用倒置荧光显微镜观察表面的附着情况，取仿生与低表面能海洋防污涂层样板涂层面n个点拍摄荧光照片，通过图像处理软件计算海洋污损藻类的附着面积并取平均值，得附着面积平均值；然后计算附着率，附着率＝附着面积平均值/总面积，其中，n≥5，所述总面积为仿生与低表面能海洋防污涂层样板表面拍摄的荧光照片面积。
藻类附着率的计算采用原位观察样板表面拍摄荧光照片方法计算，不破坏藻类原有的附着状态，相比于将样板表面附着的藻类冲洗下来，再采用测定叶绿素a的方法或采用藻类血球计数板计数的方法，该方法操作简单快速、准确，省去了大量复杂的实验操作。
作为优选，步骤(1)中，所述指数生长期的人工培养海洋污损藻液的培养方法为：在灭菌天然海水中加入灭菌的营养液母液，移取海洋污损藻种液，摇匀后封口，光照条件下培养6～8天，每天固定时间摇晃1～3次，摇晃时间3～5分钟，即可得到所述指数生长期的人工培养海洋污损藻液。接种操作在超净工作台中进行，使用前提前开紫外灯灭菌30分钟，接种时在酒精灯旁操作。
作为优选，所述海洋污损藻种液与人工培养海洋污损藻液的体积比为1:(5～10)。所述人工培养海洋污损藻液为完成培养后的藻液。
作为优选，步骤(1)中，所述海洋污损藻类为新月菱形藻或小球藻。
作为优选，当所述海洋污损藻类为新月菱形藻时，所述营养液母液为F/2藻类培养液；当所述海洋污损藻类为小球藻时，所述营养液母液为质量浓度比为20:5:1的氯化铵、磷酸氢二钾、柠檬酸铁的溶液，三种溶液等体积混合。
作为优选，不同藻类的评价指标不同，具体如表1所示
表1.评价指标
| 评价指标 | 新月菱形藻附着率(％) | 小球藻附着率(％) |
| 防污性能好 | ≤1％ | ≤0.5％ |
| 防污性能一般 | ＞1％且≤5％ | ＞0.5％且≤1.5％ |
| 防污性能差 | ＞5％且＜10％ | ＞1.5％且＜3％ |
| 防污性能很差 | ≥10％ | ≥3％ |
当所述海洋污损藻类为新月菱形藻时：附着率≤1％，防污性能好；1％＜附着率≤5％，防污性能一般；5％＜附着率＜10％，防污性能差；附着率≥10％，防污性能很差。
当所述海洋污损藻类为小球藻时，附着率≤0.5％，防污性能好；0.5％＜附着率≤1.5％，防污性能一般；1.5％＜附着率＜3％，防污性能差；附着率≥3％，防污性能很差。
作为优选，步骤(1)中，所述仿生与低表面能海洋防污涂层样板的材质为玻璃材质，尺寸为长9～12cm，宽3～4cm，厚0.2～0.3cm。
作为优选，所述仿生与低表面能海洋防污涂层样板采用SZQ型四面制备器涂膜或喷涂，涂膜厚度100～200μm。
作为优选，仿生与低表面能海洋防污涂层样板涂覆后，室温下干燥5～8天，干燥后，在所述仿生与低表面能海洋防污涂层样板的无涂层面覆盖灭菌胶带。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)试验周期短，样板、评价容器制作简单方便，能在较短的时间内对防污涂层的配方进行大批量初步筛选，为进一步的性能评价试验节省大量时间；
(2)藻类附着率的计算采用原位观察样板表面拍摄荧光照片方法计算，不破坏藻类原有的附着状态，操作简单快速、准确，省去了大量复杂的实验操作，从而实现仿生与低表面能海洋防污涂层防污性能的快速评价。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
为便于表达评价结果，以下实施例的样板的防污性能等级按照表2进行判定：
表2.防污性能等级
| 防污性能等级 | 评价指标 | 小球藻附着率(％) | 新月菱形藻附着率(％) |
| 一级 | 防污性能好 | ≤0.5％ | ≤1％ |
| 二级 | 防污性能一般 | ＞0.5％且≤1.5％ | ＞1％且≤5％ |
| 三级 | 防污性能差 | ＞1.5％且＜3％ | ＞5％且＜10％ |
| 四级 | 防污性能很差 | ≥3％ | ≥10％ |
实施例1小球藻的藻类附着室内评价方法
(1)小球藻的培养：在2000mL三角烧瓶中，先加入770mL灭菌天然海水，然后加入灭菌的营养盐母液氯化铵溶液(浓度20g/L)、磷酸氢二钾溶液(浓度5g/L)、柠檬酸铁溶液(浓度1g/L)各10mL，移取200mL藻种液，摇匀后用无菌封口膜封口，放入光照培养箱，控制温度25℃，光暗比12:12，光照强度3500lx培养，每天固定时间摇晃2次，摇晃时间5分钟，培养6天后，即为指数生长期藻液。接种操作在超净工作台中进行，使用前提前开紫外灯灭菌30分钟，接种时在酒精灯旁操作；
(2)涂层制作：将样板(长宽厚：9×3×0.2cm)清洗干净并干燥后，用SZQ型四面制备器依次制备涂层样板A1～A5，控制涂层厚度100～150μm，涂好后的样板干燥5天后，无涂层一侧样板表面用灭菌胶带覆盖；
(3)附着试验：将培养到指数生长期的藻液摇匀后倒入自制的已灭菌的藻类培养容器中(内尺寸长宽高均为10cm)，将已制作好的防污涂层样板A1～A5浸入藻液中，倾斜靠边放置，涂层一侧向下，倾斜角度8～15°，盖好表面有通气孔且覆有无菌封口膜的盖子，将容器小心移入光照培养箱中，控制温度25℃，光暗比12:12，光照强度3500lx，静置培养3天后，取出样板平放，待样板表面干燥后，用倒置荧光显微镜观察表面的附着情况，取样板表面不同位置的5个点拍摄荧光照片，通过图像处理软件计算藻类附着面积并取平均值，以附着率作为防污性能的评价指标对防污样板进行评价。参照表2的防污性能等级标准，样板A1～A5的评价结果如表3所示：
表3.样板A1～A5的防污性能等级评价结果
| 样品编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 平均附着率(％) | 防污性能等级 |
| A1 | 0.16 | 0.05 | 0.17 | 0.12 | 0.15 | 0.13 | 一级 |
| A2 | 1.89 | 1.56 | 2.05 | 1.58 | 2.17 | 1.85 | 三级 |
| A3 | 2.87 | 3.05 | 3.65 | 3.23 | 3.85 | 3.33 | 四级 |
| A4 | 0.45 | 0.47 | 0.99 | 0.91 | 0.69 | 0.70 | 二级 |
| A5 | 0.78 | 1.20 | 1.92 | 0.99 | 1.23 | 1.22 | 二级 |
实施例2新月菱形藻的藻类附着室内评价方法
(1)新月菱形藻的培养：在2000mL三角烧瓶中，先加入885mL灭菌天然海水，然后加入灭菌的F/2营养盐母液15mL，移取100mL藻种液，摇匀后用无菌封口膜封口，放入光照培养箱，控制温度23℃，光暗比12:12，光照强度3000lx培养，每天固定时间摇晃1次，摇晃时间3分钟，培养7天后，即得到指数生长期藻液。接种操作在超净工作台中进行，使用前提前开紫外灯灭菌30分钟，接种时在酒精灯旁操作；
(2)涂层制作：将样板(长宽厚：10×3.5×0.3cm)清洗干净并干燥后，用喷涂方式制备涂层样板B1～B5，控制涂层厚度150～200μm，涂好后的样板干燥6天后，无涂层一侧样板表面用灭菌胶带覆盖；
(3)附着试验：将培养到指数生长期的藻液摇匀后倒入自制的已灭菌的藻类培养容器中(内尺寸长宽高均为12cm)，将已制作好的防污涂层样板B1～B5浸入藻液中，倾斜靠边放置，涂层一侧向下，倾斜角度8～15°，盖好表面有通气孔且覆有无菌封口膜的盖子，将容器小心移入光照培养箱中，控制温度23℃，光暗比12:12，光照强度3000lx，静置培养1天后，取出样板平放，待样板表面干燥后，用倒置荧光显微镜观察表面的附着情况，取样板表面不同位置的7个点拍摄荧光照片，通过图像处理软件计算藻类附着面积并取平均值，以附着率作为防污性能的评价指标对防污样板进行评价。参照表2的防污性能等级标准，样板B1～B5的评价结果如下：
表4.样板B1～B5的防污性能等级评价结果
| 样品编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 平均附着率(％) | 防污性能等级 |
| B1 | 0.39 | 0.68 | 0.54 | 0.85 | 0.98 | 0.63 | 0.76 | 0.69 | 一级 |
| B2 | 0.09 | 0.11 | 0.14 | 0.15 | 0.20 | 0.18 | 0.12 | 0.14 | 一级 |
| B3 | 4.03 | 3.58 | 2.52 | 2.98 | 2.21 | 3.45 | 2.67 | 3.06 | 二级 |
| B4 | 9.23 | 8.25 | 13.37 | 12.11 | 7.63 | 11.08 | 9.15 | 10.12 | 四级 |
| B5 | 7.12 | 4.87 | 5.43 | 9.17 | 6.19 | 5.81 | 7.33 | 6.56 | 三级 |
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (6)
1.一种仿生与低表面能海洋防污涂层防污性能的快速评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将仿生与低表面能海洋防污涂层样板的涂层面浸入到指数生长期的人工培养海洋污损藻液中静置培养；
(2)取出步骤(1)处理后的仿生与低表面能海洋防污涂层样板，待表面干燥后，用倒置荧光显微镜测试海洋污损藻类在仿生与低表面能海洋防污涂层样板上的附着率，以附着率作为防污性能的评价指标对仿生与低表面能海洋防污涂层进行评价；
步骤(1)中，所述指数生长期的人工培养海洋污损藻液的培养方法为：在灭菌天然海水中加入灭菌的营养液母液，移取海洋污损藻种液进行接种，摇匀后封口，光照条件下培养6～8天，每天固定时间摇晃1～3次，摇晃时间3～5分钟，即可得到所述指数生长期的人工培养海洋污损藻液；所述海洋污损藻类为新月菱形藻或小球藻；
静置培养条件为：温度23～25℃，光暗比12:12，光照强度3000～4000lx，培养时间为1～3天；所述仿生与低表面能海洋防污涂层样板的放置方法为：涂层面向下靠边倾斜放置，倾斜角度8～15°；
当所述海洋污损藻类为新月菱形藻时，所述营养液母液为F/2藻类培养液；
当所述海洋污损藻类为小球藻时，所述营养液母液为质量浓度比为20:5:1的氯化铵、磷酸氢二钾、柠檬酸铁溶液。
2.根据权利要求1所述的一种仿生与低表面能海洋防污涂层防污性能的快速评价方法，其特征在于，步骤(2)中，所述附着率的测试方法为：采用倒置荧光显微镜观察表面的附着情况，取仿生与低表面能海洋防污涂层样板涂层面n个点拍摄荧光照片，通过图像处理软件计算海洋污损藻类的附着面积并取平均值，得附着面积平均值；然后计算附着率，附着率＝附着面积平均值/总面积，其中，n≥5，所述总面积为仿生与低表面能海洋防污涂层样板表面拍摄的荧光照片面积。
3.根据权利要求1所述的一种仿生与低表面能海洋防污涂层防污性能的快速评价方法，其特征在于，所述海洋污损藻种液与人工培养海洋污损藻液的体积比为1:(5～10)。
4.根据权利要求1所述的一种仿生与低表面能海洋防污涂层防污性能的快速评价方法，其特征在于，
当所述海洋污损藻类为新月菱形藻时：附着率≤1％，防污性能好；1％＜附着率≤5％，防污性能一般；5％＜附着率＜10％，防污性能差；附着率≥10％，防污性能很差；
当所述海洋污损藻类为小球藻时，附着率≤0.5％，防污性能好；0.5％＜附着率≤1.5％，防污性能一般；1.5％＜附着率＜3％，防污性能差；附着率≥3％，防污性能很差。
5.根据权利要求1所述的一种仿生与低表面能海洋防污涂层防污性能的快速评价方法，其特征在于，步骤(1)中，所述仿生与低表面能海洋防污涂层样板的材质为玻璃材质，尺寸为长9～12cm，宽3～4cm，厚0.2～0.3cm。
6.根据权利要求1所述的一种仿生与低表面能海洋防污涂层防污性能的快速评价方法，其特征在于，所述仿生与低表面能海洋防污涂层样板采用SZQ型四面制备器涂膜或喷涂，涂膜厚度100～200μm；涂覆后，室温下干燥5～8天后，在所述仿生与低表面能海洋防污涂层样板的无涂层面覆盖灭菌胶带。
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