水利工程防生物污損涂層材料研究進(jìn)展

李嘉祥，汪在芹，陳　亮，梁　慧,4

(1.三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌　443002；2.三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 宜昌　443002； 3.長江科學(xué)院 a.院長辦公室；b.材料與結(jié)構(gòu)研究所，武漢　430010；4.河海大學(xué) 水利水電學(xué)院，南京 　210098)

?

水利工程防生物污損涂層材料研究進(jìn)展

李嘉祥1,2,3b，汪在芹2,3a，陳亮2,3b，梁慧2,3b,4

(1.三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌443002；2.三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 宜昌443002； 3.長江科學(xué)院 a.院長辦公室；b.材料與結(jié)構(gòu)研究所，武漢430010；4.河海大學(xué) 水利水電學(xué)院，南京 210098)

摘要：為了減輕生物污損問題給水利工程安全帶來的嚴(yán)重威脅，國內(nèi)外目前主要采用4種方法進(jìn)行治理：人工或機(jī)械刮除、涂刷防污涂料、藥劑滅殺和經(jīng)濟(jì)性魚類的投放。其中防污涂料具有較好的發(fā)展前景。綜述了多種新型防污涂料的最新成果、防污機(jī)理及其優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了以有機(jī)硅和氟化物系列為代表的環(huán)境友好型污損釋放涂料，并指出未來防生物污損涂層材料的研究方向：提高粘液污損的釋放效率和在靜止以及低速水流條件下的污損釋放能力;針對(duì)水利工程的具體問題并根據(jù)其水域出現(xiàn)的生物污損的種類進(jìn)行研發(fā)。

關(guān)鍵詞：水利工程；生物污損；防污涂料；污損釋放；環(huán)境友好型

1生物污損治理現(xiàn)狀

水庫大壩、輸水管道、泵站等作為輸水通道和結(jié)構(gòu)在水利工程中被廣泛的使用，跨流域輸水在一定程度上緩解了缺水地區(qū)的供水壓力，但是同時(shí)也帶來了不同流域的物種入侵問題，使得原生生態(tài)系統(tǒng)受到影響。藻類、貝類等生物隨著水流的輸送入侵到水利工程的輸水通道之中，高密度地附著在輸水結(jié)構(gòu)上，產(chǎn)生的生物污損對(duì)輸水管道、閘門等水利工程造成堵塞，進(jìn)入到水電站機(jī)組的冷卻系統(tǒng)后，對(duì)冷卻管道的堵塞會(huì)造成嚴(yán)重的安全事故，其分泌物不僅能腐蝕鋼和混凝土結(jié)構(gòu)等表面，還會(huì)造成水質(zhì)的變化，引發(fā)水體污染，這些生物強(qiáng)大的繁殖能力甚至?xí)鹚诤恿魃鷳B(tài)鏈的變化[1-2]。

目前，污損生物主要有細(xì)菌、微生物、藤壺、管蠕蟲、淡水殼菜和海藻等。生物污損不是某種單一的生物造成的，而是一個(gè)典型的生態(tài)演替過程，蛋白質(zhì)等物質(zhì)在金屬或混凝土等材料表面進(jìn)行有效的吸附形成條件膜，條件膜為微生物提供了良好的生長環(huán)境，微生物的不斷附著使材料表面形成了利于大型生物如藤壺、淡水殼菜等生長的生物膜，大型生物不斷附著，從而引發(fā)了嚴(yán)重的生物污損問題。例如生活在南美洲、日本和中國的長江中下游地區(qū)和珠江流域的淡水殼菜，其繁殖能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，能夠在低溶解氧和高流速通道生存，目前的治理手段存在一定的缺陷，只能在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行控制，無法實(shí)現(xiàn)長效治理[3-4]。

2國內(nèi)外生物污損的治理方法

由于生物污損問題在全球范圍內(nèi)造成了各種各樣的危害，人們對(duì)其治理方法展開了廣泛的研究和試驗(yàn)，在保證生態(tài)環(huán)境和水體安全的情況下，不斷探索出物理、化學(xué)和生物等治理方法。

2.1物理方法

水利工程中，針對(duì)生物污損的物理防治辦法主要有機(jī)械或人工刮除、防污涂料、水流控制、砂濾池過濾、設(shè)置濾網(wǎng)以及生存環(huán)境控制等[5-7]。這些方法在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)附著的污損生物有著良好的清除效果，但是也存在明顯的缺陷和局限性。如刮除法對(duì)結(jié)構(gòu)表面易造成永久性損傷、設(shè)置濾網(wǎng)和砂濾池會(huì)大幅度降低系統(tǒng)的輸水效率以及存在高速水流沖擊和封閉缺氧技術(shù)要求高等問題。

2.2化學(xué)方法

化學(xué)藥劑治理主要是采用次氯酸鈉、高錳酸鉀、石灰、氧化銅、雙氧水等化學(xué)藥劑等對(duì)污損生物進(jìn)行滅殺。如次氯酸鈉能夠?qū)Φ畾げ说淖憬z進(jìn)行部分或完全的溶解，從而使其降低或完全失去附著能力。相較于物理治理方法，化學(xué)治理能夠在較短的時(shí)間里取得相對(duì)理想的滅殺效果[8-9]。

但是該方法不適用于爆發(fā)性的大面積生物污損以及大型水工建筑物和跨流域的輸水建筑物。同時(shí)化學(xué)藥劑不能高濃度和大劑量的使用，否則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的水體污染，危害自然環(huán)境和人體健康[10]。

2.3生物方法

生物防治方法利用食物鏈關(guān)系對(duì)污損生物進(jìn)行有效的抑制，從源頭上控制污損生物種群的數(shù)量，限制其大規(guī)模的生長繁殖。目前最常用的措施是投放以污損生物為食的經(jīng)濟(jì)性魚類，如鯉魚、青魚和三角魴等[11]。既可有效控制淡水殼菜的數(shù)量，又可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但其弊端也非常明顯，如投入成本高，見效慢，不能夠完全限制污損生物進(jìn)入輸水建筑等。同時(shí)，還應(yīng)注意結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境和社會(huì)因素，對(duì)投放比例、密度和數(shù)量、種群數(shù)量控制等問題進(jìn)行進(jìn)一步研究。

3防生物污染涂料

涂刷防污涂料作為一種防治生物污損的物理性手段，對(duì)環(huán)境要求相對(duì)較低，可有效減少生物對(duì)結(jié)構(gòu)的直接性損害，在近些年的研究中取得了重要的進(jìn)展。然而傳統(tǒng)防污涂料不斷釋放銅、錫、汞、鉛等有毒物質(zhì)，殺死水體中的生物，抑制生物附著，不僅防污效果會(huì)隨著有毒物質(zhì)釋放而不斷減弱，而且還會(huì)造成水體污染，嚴(yán)重危害人體健康，破壞生態(tài)環(huán)境。近年來，通過生物化學(xué)方法、自拋光原理或者降低表面自由能等途徑對(duì)涂層表面進(jìn)行改性，新型防污涂料的開發(fā)和應(yīng)用得到了極大的發(fā)展。目前，防生物污染涂料主要包括自拋光防污涂料、污損釋放涂料以及防污/污損釋放復(fù)合涂料等。

3.1自拋光防污涂料

當(dāng)水體與自拋光防污涂料發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，界面上的水解反應(yīng)使防污劑釋放到水體中，與此同時(shí)，接觸面上已經(jīng)被水解的粘結(jié)劑也被水流帶離涂料表面，從而不斷保持涂層表面的防污劑的有效濃度，使涂層表面持續(xù)潔凈和光滑[12]。自拋光的防污涂料分為有錫和無錫自拋光防污涂料兩大類型。有錫自拋光防污涂料雖然表現(xiàn)出良好的防污效果，但是由于錫對(duì)水體造成嚴(yán)重污染，對(duì)人體造成毒害，甚至?xí)?dǎo)致生物遺傳變異和哺乳動(dòng)物畸形發(fā)育。因此，有錫自拋光涂料已經(jīng)被全面禁止使用，取代它的是新型無錫自拋光涂料[13]。

無錫自拋光防污涂料的防污機(jī)理與有錫自拋光防污涂料相類似，離子交換型無錫自拋光防污涂料大多選用水解性丙烯酸類樹脂作為基料，包括丙烯酸銅樹脂、丙烯酸鋅樹脂和丙烯酸硅氧烷樹脂[14]。微納米Cu2O和防污助劑的加入能夠增強(qiáng)該種涂料的防污性能[15]。

將可降解型鏈段引入到基料樹脂中，涂料在不受到水流沖刷的情況下，也會(huì)發(fā)生自降解，達(dá)到涂料自拋光的目的。不同類型的降解型鏈段結(jié)構(gòu)，使基料樹脂結(jié)構(gòu)發(fā)生不同的變化，從而制備出適用于不同應(yīng)用條件的降解型自拋光防污涂料[16]。余浩杰等[17]利用廣譜、低毒、高效的復(fù)合無銅防污劑研發(fā)的生物降解型自拋光防污涂料在海邊掛板測試中取得了良好的防污效果。但是由于原材料成本過高，防污時(shí)間和降解速率難以控制，目前還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，鮮有成熟可靠的該類產(chǎn)品問世。

國際油漆集團(tuán)(IPG)最新研發(fā)了一種新型的自拋光防污涂料，可以為船舶提供90個(gè)月的使用周期，具有持續(xù)的線性拋光性能，不存在對(duì)環(huán)境有害的生物殺蟲劑，其超親水表面遇水即產(chǎn)生良好的潤滑效果。該涂料沿用了三丁基錫防污損涂料所具有的線性拋光性能，在整個(gè)使用周期內(nèi)擁有恒定的拋光速率。

3.2污損釋放涂料

污損釋放涂料的設(shè)計(jì)思路是將材料表面和污損生物之間的附著力最小化。根據(jù)Dupre公式[18]，材料的表面能決定了蛋白質(zhì)及生物體在其表面的附著強(qiáng)度。材料表面自由能越低，蛋白質(zhì)和生物體在材料表面附著力越小，附著越困難，粘附物的釋放起到防污的效果[19]。污損釋放涂料是一種環(huán)境友好型涂料，不粘特性和污損釋放行為使涂料表面具有自潔性，污損生物無法在其表面進(jìn)行有效附著，即使能夠附著在涂料表面，也可被一定的水流壓力或者簡單機(jī)械清洗。研究發(fā)現(xiàn)涂膜厚度、表面形貌以及彈性模量等因素也會(huì)對(duì)其防污性能產(chǎn)生影響。國內(nèi)外研究主要集中在有機(jī)硅系列和氟化物系列。

3.2.1有機(jī)硅系列污損釋放涂料

硅氧烷樹脂在1961年首次作為海洋防污涂料使用，可以防止藤壺的大規(guī)模附著。與硅氧烷樹脂相比，1970年研究人員發(fā)現(xiàn)的硫化硅橡膠涂料擁有更低的污損密度。硅氧烷樹脂是高度交聯(lián)的硅氧烷結(jié)構(gòu)，而硅橡膠是從硅氧烷樹脂分化而來，因此在清除涂層表面的污損生物時(shí)，所需要的能量更少。且相對(duì)柔軟的硅橡膠表面更有效率，但是由于硅橡膠涂料的成本高，涂膜過軟不易施工，容易被破壞，因此其應(yīng)用受到了一定的限制。

有機(jī)硅涂料需在整個(gè)使用壽命周期保持其特殊屬性，例如低表面能、光滑表面和彈性模量等。與絕大多數(shù)涂料一樣，有機(jī)硅涂料由填充料(CaCO3或SiO2)和顏料(TiO2、碳黑或鐵氧化物等)來提供透明度和顏色[20]。擴(kuò)展填料CaCO3可降低硅彈性體的成本，CaCO3衰減層表現(xiàn)出的彈性模量比涂層體系更低，提高了污損釋放的性能[21]。高比表面積的氣相SiO2加入到涂料中能夠提升強(qiáng)度，防止涂料受到?jīng)_磨破壞[22]。TiO2能夠增加涂料的破損強(qiáng)度等力學(xué)性能和延緩?fù)苛系淖贤饫匣痆23]。 添加油可以作為軟化劑加入涂料中，通過減少摩擦和提高彈性來增強(qiáng)污損釋放性能。

雖然有機(jī)硅涂料具有諸多優(yōu)點(diǎn)，且在很多項(xiàng)目中得到了應(yīng)用，但是由于其價(jià)格過于昂貴，而且對(duì)底材的重涂性和附著力比較差，單獨(dú)使用的效果并不好。因此，研究人員將有機(jī)硅和其他材料的優(yōu)良性能結(jié)合起來，合成了具有良好性能的改性有機(jī)硅基質(zhì)的污損釋放涂料[24]。

美國道康寧公司生產(chǎn)的Sylgard 184，通過將天然海泡石納米纖維摻入到硅氫加成固化的有機(jī)硅涂料中，在保持防污和脫污性能的同時(shí)，提高了力學(xué)性能。充分分散的多壁碳納米管(MWCNTs)可以提高污損釋放能力和減少臨界清除應(yīng)力和涂層的疏水性損失[25]。

除了摻入填料和顏料等材料對(duì)有機(jī)硅涂料進(jìn)行改性以外，還可通過改變有機(jī)硅結(jié)構(gòu)來提高其污損釋放能力。PDMS改性聚氨酯[26]能夠改善污損釋放涂料的粘附性。PDMS-聚脲涂料含有的氟化基團(tuán)使其表現(xiàn)出優(yōu)秀的污損釋放性能和更好的污損清除效率。通過環(huán)氧樹脂嵌段改性的有機(jī)硅涂料具有更強(qiáng)的耐久性、較低的表面能和彈性模量值[27]。

含有氟化基團(tuán)的化合物和聚合物具有低表面能和疏水性，因此，將氟化基團(tuán)引入彈性有機(jī)硅網(wǎng)絡(luò)中，能夠提高有機(jī)硅涂料的污損釋放性能。Grunlan等[28]添加氟化共聚物到PDMS中使涂層表面氟官能化，其力學(xué)性能不會(huì)受到影響，表面偏析的納米結(jié)構(gòu)在水浸泡后化學(xué)性質(zhì)基本相同，這些涂料能夠減少污損的沉降，其表面處的污損釋放性能比純PDMS更好。Martinelli等[29]在最近合成的兩親性嵌段共聚物能夠改善分散性和低表面能，涂層表面同時(shí)呈現(xiàn)親水和親脂特性。與PDMS相比，所有的共混物涂料的污損釋放提高3～14倍。

疏水結(jié)構(gòu)更容易受到藻類生物的附著，因此為了解決這一問題，Hempel油漆集團(tuán)通過“有機(jī)硅水凝膠”的思路研發(fā)了新一代的污損釋放涂料[30]，水凝膠可以盡可能減少蛋白質(zhì)和細(xì)菌的的粘附，改性聚乙烯醇凝膠具有最好的性能，含有聚乙二醇(PEG)的水凝膠對(duì)多種污損生物的防垢性和污損釋放性能最具前景[31]。

3.2.2氟化物系列污損釋放涂料

氟聚合物的非極性特性使得其表面具有疏水性和非常低的表面能或臨界表面張力，1973年Berque[32]首次將聚四氟乙烯(PTFE)作為污損釋放涂料使用，雖然PTFE擁有極低的表面能，但是其完全不能溶于常見的有機(jī)溶劑中，在發(fā)熱基質(zhì)上容易乳化，涂膜的表面多孔不均勻，污損進(jìn)入到孔腔內(nèi)部粘附，使表面迅速被積累生物淤積[33]。隨后對(duì)PTFE填充氟化聚氨酯涂料[34]進(jìn)行測試后發(fā)現(xiàn):其摩擦系數(shù)幾乎與PTFE相同，具有疏水性，其耐紫外線、抗磨損能力是PTFE的4倍，容易清洗，但是其表面仍容易被破壞。含氟丙烯酸酯聚合物比PTFE有更好的溶劑溶解度，全氟碳側(cè)鏈優(yōu)先向表面偏析，低表面能氟化膜能夠有效阻止細(xì)菌、藻類等污損生物的附著。

全氟烷基長鏈雖然能夠獲得較好的低表面能和疏水性，但其降解后生成的全氟辛酸，不易降解，生物半衰期較長，在人類和動(dòng)物體內(nèi)會(huì)不斷地累積，對(duì)環(huán)境不具友好性，因此研發(fā)了易降解和對(duì)環(huán)境友好的全氟聚醚(PFPE)聚合物，例如交聯(lián)PFPE接枝三元共聚物[35-36]。

大量實(shí)驗(yàn)證明含氟聚合物基質(zhì)的污損釋放涂料能夠有效避免和釋放污損生物，但無法對(duì)所有的污損生物具有同樣高效的能力。為了解決這一問題，研究人員在涂料中加入聚乙二醇基團(tuán)，使其與氟化基團(tuán)結(jié)合，雖然具有較高的表面能，但是用聚乙二醇覆蓋的結(jié)構(gòu)表面能夠有效抵抗蛋白質(zhì)和細(xì)胞的粘附，也能夠自我抵抗沉降和清除污損生物[37]。基于聚苯乙烯和聚丙烯酸酯嵌段的兩親性嵌段共聚物，其抑制沉降和污損清除的能力可以與PDMS相比，粘附強(qiáng)度低于玻璃；相似的二嵌段或三嵌段共聚物包括聚苯乙烯和聚乙戊二烯嵌段，這些共聚物具有彈性和對(duì)基底的強(qiáng)粘結(jié)能力，聚乙二醇基團(tuán)在表面的定向重排，使其能夠針對(duì)所有主要污損生物，抑制沉降和增強(qiáng)污損釋放能力，其污損釋放能力優(yōu)于PDMS彈性體[38]。通過聚乙二醇化、氟化或氟化聚乙二醇基團(tuán)改性的鏈?zhǔn)交驑渫粻疃嘣急憩F(xiàn)出與標(biāo)準(zhǔn)PDMS相似或更好的污損釋放和清除能力[39]。

3.3防污/污損釋放復(fù)合涂料

在有機(jī)硅涂料中加入生物滅殺劑，使殺生防污涂料特性與污損釋放涂料的特性相結(jié)合，制備出含有非浸出/非金屬生物滅殺劑的新型復(fù)合涂料。這種涂料具有較大的水接觸角和低表面能，同時(shí)生物滅殺劑遷移到表面，使生物污損明顯減少[40]。加入丙烯酸酯三氯生的涂料的早期污損釋放性能與商業(yè)污損釋放涂料相當(dāng)，但耐久性不佳。另一種環(huán)境友好型復(fù)合涂料[41]是含有季銨鹽(QAS)基團(tuán)的交聯(lián)聚硅氧烷，其對(duì)多種藻類具有滅殺活性，對(duì)微生物污損有一定的抵抗能力以及優(yōu)異的浸泡后膜穩(wěn)定性。存在于PDMS-QAS基質(zhì)的離子基團(tuán)在聚合物基質(zhì)和二氧化硅顆粒之間界面粘結(jié)增強(qiáng)，因此含有季銨鹽組份和添加二氧化硅納米顆粒的聚硅氧烷能夠提高有機(jī)硅涂料的韌性和耐久性。

兩性離子有機(jī)硅涂料[42]也是一種非常具有應(yīng)用前景的復(fù)合涂料，由于其仿生性質(zhì)，具有正負(fù)電荷平衡的兩性聚合物例如羧酸甜菜堿、磺基甜菜堿、磷酸甜菜堿聚合物能夠?qū)Φ鞍踪|(zhì)吸附和細(xì)菌粘附具有高抗性，對(duì)環(huán)境友好，具有生物相容性，能夠表現(xiàn)出與標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)硅和商業(yè)有機(jī)硅污損釋放涂料類似甚至更好的防污和污損釋放能力[43]。

3.4防生物污染涂料的應(yīng)用

針對(duì)水利工程開發(fā)的商業(yè)防污涂料鮮有報(bào)道，公開的應(yīng)用資料極少。深圳粵港公司使用硅氧烷樹脂和聚四氟乙烯防污涂料處理其電站尾水池，附著污損大量減少；日本的Nagara河口大壩的魚道和Daido取水泵站沉砂池在涂刷硅氧烷樹脂后污損附著密度顯著降低；加拿大Nanticoke電站在前池涂刷有機(jī)硅系列涂料后，污損密度減少50%；荷蘭Maasvlakte電站使用了KEMA提供的有機(jī)硅系列防污涂料有效地控制了生物污損[44]。

根據(jù)目前的實(shí)驗(yàn)研究和有限的應(yīng)用資料分析認(rèn)為，以下幾點(diǎn)限制了污損釋放涂料在水利工程中的大規(guī)模應(yīng)用:氟化物成本過高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，不適合大批量生產(chǎn)，而有機(jī)硅系列的價(jià)格相對(duì)較低，但是強(qiáng)度不夠；有機(jī)硅在改性時(shí)若不能完全反應(yīng)則會(huì)引起改性產(chǎn)物耐水性和耐候性的降低，表面能增大，防污能力降低；氟和硅含量的增加會(huì)顯著降低涂料的表面能，但也會(huì)使涂料對(duì)底材的附著力不足，目前的防污涂料的有效防污時(shí)間平均在1 a左右，防污效率隨時(shí)間推移而顯著降低，生物膜的發(fā)展對(duì)其影響特別顯著。單純的污損釋放涂料使污損生物不能進(jìn)行有效附著，但是需要定期清理，對(duì)于大型附著生物很難清除，目前的自拋光涂料因?yàn)榄h(huán)保原因，還未進(jìn)入到水利工程的實(shí)際應(yīng)用階段，但是其高效的清理能力給研究人員提供了新的思路，防污和污損釋放技術(shù)相結(jié)合的復(fù)合涂料也成為新的研究方向。

4展望

防污涂料中最有效的2個(gè)技術(shù)是生物滅殺和污損釋放，雖然目前防污涂料主要依靠生物滅殺技術(shù)，但是污損釋放技術(shù)以其獨(dú)特的防污機(jī)理和對(duì)環(huán)境友好的特點(diǎn)，使其成為未來的主要研究方向。目前市場上的污損釋放涂料以有機(jī)硅系列為主，氟化系列較少，主要還在實(shí)驗(yàn)室研究階段。防污涂料適用于水利水電工程的復(fù)雜和特殊環(huán)境，具有廣闊的使用前景。未來防污技術(shù)的研究方向是提高粘液污損的釋放效率和在靜止以及低速水流條件下的污損釋放能力。保持現(xiàn)有的優(yōu)勢的同時(shí)克服其缺陷，針對(duì)水利工程的具體問題和在其水域出現(xiàn)的生物污損的種類進(jìn)行研發(fā)，保障水工建筑物的使用安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐夢珍. 底棲動(dòng)物沼蛤?qū)斔ǖ赖娜肭旨胺乐卧囼?yàn)研究[D]. 北京: 清華大學(xué), 2012.

[2]BOLTOVSKOY D, XU Meng-zhen, NAKANO D. Impacts of Limnoperna fortunei on Man-Made Structures and Control Strategies: General Overview[J]. Limnoperna Fortunei, 2015, 4(10): 375-393.

[3]徐夢珍, 曹小武, 王兆印,等. 輸水工程中沼蛤的附著特性[J]. 清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2012, 52(2): 170-176.

[4]XU Meng-zhen, DARRIGRAN G, WANG Zhao-yin,etal. Experimental Study on Control of Limnoperna Fortunei Biofouling in Water Transfer Tunnels[J]. Journal of Hydro-environment Research, 2015, 9(2): 248-258.

[5]華丕龍, 單鳳霞. 廣州蓄能水電廠淡水殼菜生境調(diào)查及防治初探[J]. 水力發(fā)電, 2014, 40(11): 82-85.

[6]劉麗君, 尤作亮, 羅鳳明,等. 封閉缺氧法殺滅和去除管道中的淡水殼菜研究[J]. 中國給水排水, 2006, 22(3):40-42,47.

[7]曹小武, 徐夢珍, 王兆印,等. 泥沙落淤對(duì)輸水工程中淡水殼菜污損的抑制作用[J]. 中國農(nóng)村水利水電,2014,(8): 45-48.

[8]劉麗君, 張金松, 羅鳳明,等. 含氯消毒劑對(duì)原水管道中貝類的殺滅效果[J]. 凈水技術(shù), 2006, 25(5): 25-27.

[9]DAISUKE N, TAKUYA K, ISAMU S. Changes in the Drift and the Settlement of the Freshwater Mussel Limnoperna Fortunei along a Headrace Channel[J]. Water Science & Technology, 2012, 65 (3): 426-433.

[10]BOLTOVSKOY D, CORREA N, CATALDO D,etal. Dispersion and Ecological Impact of the Invasive Freshwater Bivalve Limnoperna Fortunei in the Río de la Plata Watershed and Beyond[J]. Biological Invasions, 2006, 8(4): 947-963.

[11]張重祉, 羅鳳明, 胡向萍. 淡水殼菜的生物防治[J]. 科技經(jīng)濟(jì)市場, 2011 ,(12): 12-13.

[12]鄧冰鋒. 可降解聚己內(nèi)酯共聚物的降解防污行為研究[D]. 武漢: 武漢理工大學(xué), 2013.

[13]徐經(jīng)委, 于良民, 李霞,等. 自拋光防污涂層及評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展[J]. 涂料工業(yè), 2011, 41(12): 62-66.

[14]柯光明, 吳金慧, 郭洪猷. 聚丙烯酸銅樹脂顆粒水解性能的研究[J]. 北京化工大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版),1999, 26(2): 79-81.

[15]李如, 閆雪峰, 于良民,等. 氧化亞銅微/納米結(jié)構(gòu)的形貌可控制備及光催化和防污性能[J]. 無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 30(10): 2258-2269.

[16]王一英, 李昌誠, 于良民,等. 環(huán)境友好型無錫自拋光防污涂料的研制[J]. 材料導(dǎo)報(bào), 2012, 26(4): 106-110.

[17]余浩杰, 桂泰江, 肖玲,等. 生物降解型無銅防污涂料研究[J]. 涂料工業(yè), 2012, 42(4): 8-11.

[18]LINDNER E. A Low Surface Free Energy Approach in the Control of Marine Biofouling [J]. Biofouling, 1992, 6(2): 193-205.

[19]YEBRA D M, KIIL S, KIM D J. Antifouling Technology-Past, Present and Future Steps Towards Efficient and Environmentally Friendly Antifouling Coatings[J]. Progress in Organic Coatings, 2004, 50(2): 75-104.[20]MARCEAUX S, BRESSY C, PERRIN F X,etal.Development of Polyorganosilazane-silicone Marine Coatings[J]. Progress in Organic Coatings, 2014, 77(11): 1919-1928.[21]YOSHIOKA K,OKUDA T, FUJII H,etal.Effect of TiO2Nanoparticles Aggregation in Silicate Thin Coating Films on Photocatalytic Behavior for Antifouling Materials[J]. Advanced Powder Technology, 2013, 24(5): 886-890.

[22]CHEN Mei-ling, QU Yuan-yuan, LI Yang,etal. Structures and Antifouling Properties of Low Surface Energy Non-toxic Antifouling Coatings Modified by Nano-SiO2Powder[J]. Science in China Series B: Chemistry, 2008, 51: 848-852.

[23]EDWARDS D P, NEVELL T G, PLUNKETT B A,etal. Resistance to Marine Fouling of Elastomeric Coatings of Some poly(dimethylsiloxanes) and poly(dimethyldiphenylsiloxanes)[J]. International Biodeterioration & Biodegradation. 1994, 34(3/4): 349-359.

[24]STATZ A, FINLAY J, DALSIN J,etal. Algal Antifouling and Fouling-release Properties of Metal Surfaces Coated with a Polymer Inspired by Marine Mussels[J]. Biofouling, 2006, 22(6): 391-399.

[25]BEIGBEDER A, BONDUEL D, CLAES M,etal. Use of a Marine Anti-biofouling and Fouling Release Coating Composition: Australia, AU2007312883[P]. 2008-04-24.

[26]KREIDER A, RICHTER K, SELL S,etal. Functionalization of PDMS Modified and Plasma Activated Two-component Polyurethane Coatings by Surface Attachment of Enzymes[J]. Applied Surface Science, 2013, 273(15): 562-569.

[27]FANG J, KELARAKIS A, WANG Dong-yan,etal. Fouling Release Nanostructured Coatings Based on PDMS-polyurea Segmented Copolymers[J]. Polymer, 2010, 51(12): 2636-2642.

[28]GRUNLAN M A, LEE N S, MANSFELD F,etal. Minimally Adhesive Polymer Surfaces Prepared from Star Oligosiloxanes and Star Oligofluorosiloxanes[J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2006, 44(8): 2551-2566.

[29]MARTINELLI E, GUAZZELLI E,BARTOLI C,etal. Amphiphilic Pentablock Copolymers and Their Blends with PDMS for Antibiofouling Coatings[J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2015, 53(10): 1213-1225.

[30]TRAN V B, SUEL S Y , KENDRA C,etal. Effects of Aqueous Polymeric Surfactants on Silicone-hydrogel Soft-contact-lens Wettability and Bacterial Adhesion of Pseudomonas Aeruginosa[J]. Contact Lens and Anterior Eye, 2012, 35(4): 155-162.

[31]DAHLING M, LIEN E, ORSINI L,etal. Fouling Release Composition: Europe, EP1996661[P]. 2008-12-03.

[32]BERQUE T. Protection of Underwater Bodies with-Polytetrafluoroethylene:France,FR2157074(A5) [P].1973-06-01.

[33]田軍, 薛群基. 低表面能涂層材料降低海洋生物污損的研究[J]. 環(huán)境科學(xué), 1997, 95 (2): 42-44.

[34]GRIFFITH J R, BULTMAN J D. Fouling Release Coatings[J]. Naval Engineers Journal,1980, 92(2): 129-132.

[35]BRADY R F. Robust Nontoxic Antifouling Elastomers: USA, US2003113547[P]. 2003-06-19.

[36]HU Zhao-kang, FINLAY J A, CHEN Liang,etal. Photochemically Cross-linked Perfluoropolyether-based Elastomers: Synthesis, Physical Characterization and Biofouling Evaluation[J]. Macromolecules, 2009, 42(18): 6999-7007.

[37]KRISHNAN S, WANG N, OBER C K,etal. Comparison of the Fouling Release Properties of Hydrophobic Fluorinated and Hydrophilic PEGylated Block Copolymer Surfaces: Attachment Strength of the Diatom Navicula and the Green Alga Ulva[J]. Biomacromolecules, 2006, 7(5): 1449-1462.

[38]OBER C K, KRISHNAN S, LIN Q. Polymers and Polymer Coatings: USA, US2007053867[P]. 2007-03-08.

[39]LINES R, WILLIAMS D N, TURRI S. Antifouling Coating Composition Comprising A Fluorinated Resin: USA, US2003161962 [P]. 2003-08-28

[40]CHOI S B, JEPPERSON J, JARABEK L,etal. Novel Approach to Anti-Fouling and Fouling-Release Marine Coatings Based on Dual-Functional Siloxanes[J]. Macromolecular Symposia, 2007, 249-250(1): 660-667.

[41]LIU Yu-wei, LENG Chuan, BRET C,etal. Surface Structures of PDMS Incorporated with Quaternary Ammonium Salts Designed for Antibiofouling and Fouling Release Applications[J]. Langmuir, 2013, 29 (9): 2897-2905.

[42]JIANG S Y, XUE H, CHEN S. Marine Coatings: USA, WO2009067565 [P]. 2009-05-28.

[43]WEBSTER D C, PIEPER R J, NASRULLAH M J. Zwitterionic/amphiphilic Pentablock Copolymers and Coatings Therefrom: USA, US2011218290 [P]. 2011-09-08.

[44]MATSUI Y, NAGAYA K, FUNAHASHI G,etal. Effectiveness of Antifouling Coatings and Water Flow in Controlling Attachment of the Nuisance Mussel Limnoperna Fortunei[J]. Biofouling, 2002, 18(2): 137-148.

(編輯：占學(xué)軍)

收稿日期：2015-09-17;修回日期：2015-11-09

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51579019);水利部公益性行業(yè)專項(xiàng)項(xiàng)目(201301023);中國水利學(xué)會(huì)青年人才助力計(jì)劃資助項(xiàng)目;中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2014B37314)

作者簡介：李嘉祥(1990-),男，湖北宜昌人，碩士研究生，主要從事水工新材料制備與應(yīng)用技術(shù)研究，(電話)027-82820957(電子信箱)173605993@qq.com。 通訊作者：汪在芹(1961-)，男，湖北仙桃人，博士生導(dǎo)師，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)樗そㄖ牧希?電話)027-82829730(電子信箱)wangzq@mail.crsri.cn。

doi:10.11988/ckyyb.20150796

中圖分類號(hào)：TV49

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-5485(2016)04-0125-06

Research Progress of Anti-fouling Coatings inHydraulic Engineering

LI Jia-xiang1,2,4, WANG Zai-qin2,3, CHEN Liang2,4, LIANG Hui2,4,5

(1.School of Hydraulic and Environmental Engineering, Three Gorges University, Yichang443002, China;2.Collaborative Innovation Center for Geo-hazards and Eco-environment in Three Gorges Area of Hubei Province,Yichang443002, China; 3.Administration Office, Yangtze River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China; 4.Materials and Engineering Structure Department, Yangtze River Scientific Research Institute, Wuhan430010, China; 5.College of Water Conservancy and Hydroelectric Engineering,Hohai University, Nanjing210098, China)

Abstract:Undesired biofouling problem brought serious threat to the safety of hydraulic structures. Mechanical scraping, anti-fouling coatings, chemical elimination and releasing economic fish are traditional strategies of biofouling control at present and antifouling coating was supposed to be of good application potential. This review introduced the mechanisms and latest research results of multiple anti-fouling coatings, silicone coatings and fluoro-coatings in particular. Besides, the direction of future research was also prospected: improving the mucus release and fouling release efficiency in static and low-speed flow conditions; and developing specific coatings according to the specific problem of hydraulic project and the species of biofouling.

Key words:hydraulic engineering; biofouling; anti-fouling coating; fouling release; environment-friendly

2016,33(04):125-130