0 前言
21 世纪是人类开发、利用海洋的时代。造船、航运、海上油气开发及海水养殖方面均得到巨大的发展,但同时各种海洋附着生物,如藤壶、海藻、贝类等污损生物大量附着在船底、浮标、码头、桥墩、海水管道及养殖网箱网具上,其数量庞大、生长速度极快,造成舰船航速减慢、燃料增加、加速金属腐蚀、堵塞管道及网箱网眼、危害水下设施等,给人类的海洋开发造成巨大危害。目前,在防止海生物附着、污损船舶及各类设施的方法中,应用广泛的是使用以铜系化合物与其他有机助防污剂复合体系的防污涂料。作为铜系等防污涂料的有机辅助防污剂来说,它虽对海洋附着生物具有较为广泛的防污效果,不仅半衰期短,而且对藻类、藤壶类、栖管虫、盘管虫、苔藓虫、海鞘及硅藻等有高生物毒性,但终属有毒防污剂之类。为使环境优化,人们期待使用环境友好型防污剂,特别是虽不具杀灭生物活性的物质,但有高度的麻醉性、趋避性以及阻碍附着性能的防污助剂,辣椒素是其中之一。
1 辣椒素
天然辣椒素,又名辣椒碱(Capsaicin,C),早由Thresh 从辣椒中提取出来,是辣椒中呈辣味的物质。1910 年左右,Nelson 等对辣椒碱的结构进行了一系列的化学方法研究,确定了它的结构:N- 香兰素基-8-甲基-6- 壬烯酰胺。美国环保局(EPA)认为,作为一种传统食物,没有发现辣椒碱对人体有害的证据,因此,它不会对自然生态和环境产生污染。用辣椒碱作为防污剂时,遇到的问题是成本太高,浪费土地资源。1 t 干辣椒只能提取1 kg 辣椒素,目前天然辣椒素的市场价格是每公斤4 万元左右。为此,人们开始通过人工合成途径得到辣椒碱。我们通过海洋静态浸泡试验,对含合成辣椒素防污涂料的防污效果与含有机防污助剂的防污涂料进行了初步的对比。分析了高纯度人工合成辣椒素作有机防污助剂的合理性与可行性。
2 实验部分
2.1 人工合成辣椒素的分析
对人工合成辣椒素分别进行了红外光谱(图1)和高效液相色谱(图2)的测定,经过测定,其纯度为99.51%。
2.2 油漆配制
选用人工合成辣椒素(纯度大于99%)与氧化亚铜作为复合防污添加剂,并与丙烯酸树脂、填料共混均匀后制得涂料样品,以备试验之用。按合成辣椒素添加量不同,分别编号为1# 与2#,其中2# 的合成辣椒素的含量高于1#。同时,制得以有机防污助剂(A、B、C、D)与氧化亚铜作为复合防污添加剂的防污涂料样品,以作比较,分别编号为3#、4#、5#、6#。
1#、2#、3#、4#、5# 和6# 6 个防污涂料体系中,氧化亚铜的含量均相同。防污涂料的基础配方见表1。
2.3 防污涂料的基础性能
2.3.1 贮存稳定性
按照GB 6753.3《涂料贮存稳定性试验方法》,对防污涂料的贮存稳定性进行评定。
2.3.2 与防锈底漆的配套性
按照GB 9271《色漆和清漆 标准试板》和GB 1727《漆膜一般制备法》的要求,制作配套性能样板,样板材质为普通钢板,涂装方式选择空气喷涂法。按照GB9286《色漆和清漆 漆膜的划格试验》,对防污涂料与防锈底漆的配套性进行测试。试验样板的涂层体系情况见表2。
2.4 浅海浸泡时防污性能
按照GB 5370《防污漆样板浅海浸泡试验方法》,测试防污涂料浅海浸泡时的防污性能。
2.4.1 试验地点
福建省厦门市的厦鼓海峡(即鹭江)近鼓浪屿一侧的海洋浮阀中。根据盐度和地理位置,该海域属于典型的亚热带海洋性季风气候,海水环境特征明显,潮汐属正规半日潮,为往复流,流向与航槽一致。实测大流速为1.33 m/s,平均潮差达4.19 m。海水月平均水温12.7~27.9℃,年温差约15℃左右,月平均盐度2.48%~3.29%。海生物种类繁多,一年四季生长旺盛,主要生物有藤壶、牡蛎、苔藓虫、石灰虫等14种藻类、77 种海生动物,海域也属中华白海豚自然保护区的范围。试验海域中污损动物种数的月变化与水温关系密切,变化趋势是6~10 月较多,其余月份较少。污损藻类的种数是12~3 月份较少,其余月份较多。试验海域中污损动物种数的季节变化也与水温关系密切,其趋势是夏季多,秋季次之,冬、春两季少。污损藻类种数季节变化规律不明显。
2.4.2 浅海浸泡样板漆膜厚度(表3)