海洋生物污损，往往会对海上舰船、海洋平台设施等带来很大影响，威胁其寿命与安全。针对这一问题，防污涂料应运而生，目前已得到了广泛的应用。这其中，自抛光防污涂料由于涂装方式简便、防污效果好、使用周期长等优点，已成为如今国内外主流使用的海洋防污涂料。
1. 自抛光防污涂料的机理
自抛光防污涂料，是利用树脂特殊的水解方式，使涂层表面实现自更新的一类涂料，通常分为树脂和防污剂两大核心成分。在弱碱性的海水中，树脂侧链上的酯基会发生水解释放出防污剂，主链随着亲水基团的增多逐渐变脆，在海水的冲刷作用下脱落并露出新的防污表层。由于表层的自更新效应，附着在涂层表面的生物污损会随主链一同脱落，达到自动清洁表面的目的。这种防污剂释放协同涂层自抛光的机理使涂层在保持表面光滑的前提下，释放的防污剂浓度始终处于有效水平，且主链自身的疏水特性阻止了海水进入涂层内部，使涂层表面的抛光速率缓慢而平稳，延长了涂料的使用时间。
2. 自抛光涂料树脂基质研究进展
传统自抛光涂料的基料通常是丙烯酸类共聚物，包括丙烯酸锌酯、丙烯酸铜酯、丙烯酸硅烷酯等。这类树脂采取侧链水解带动主链脱落的自抛光形式，导致涂料的抛光速率容易受海水流速的影响，在使用过程中通常需要配合好船舶航行速度、防污剂含量和树脂水解速度3个方面，才可达到良好的防污效果。在静态海水环境中，丙烯酸酯自抛光率非常低，所以对于航行速度较慢的船只以及其他固定的海洋设施而言，涂层的防污效果会大大降低。
为了解决这一问题，研究人员尝试采用聚氨酯类、聚酯类等可生物降解高分子材料作树脂基料。这类聚合物具有优异的生物相容性，能够在海水中不受流速的影响，以小分子的形式充分降解，减少对环境的污染，且是防污剂活性分子的良好载体，因此是防污涂料树脂的优选。原则上，只要使水对涂层的渗透速度慢于侵蚀过程，进而将涂层的质量损失局限于表层，这类可生物降解的聚合物就可用于制备具有自抛光功能的防污涂料。
对于聚氨酯基降解型树脂，其涂层表面可以随着主链酯基的降解而再生，进而显示出防污性能。但是用于合成聚氨酯的聚酯（如聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)等）结晶度过高，会导致涂层的降解速率缓慢，影响防污剂的释放，且聚氨酯基树脂对基材的黏附强度也比较弱。因此需要对树脂进行改性以控制涂层中防污剂的释放速率，改善涂料的性能。相较于聚氨酯基树脂，聚酯基降解型树脂更加容易制备，但同样需要对聚酯进行改性，通过降低结晶度、提高降解速率来使其能更好地应用于涂料树脂。改性的同时，涂层的力学性能往往会受到影响，对此研究人员进一步合成出了聚酯-丙烯酸酯基降解型树脂。这类树脂结合了聚酯的降解能力和聚丙烯酸酯优异的成膜能力，并且很容易实现功能化。
3. 自抛光涂料防污剂研究进展
树脂本身的杀菌能力有限，因此自抛光防污涂料中需要添加防污剂以提升防污效果。早期的自抛光防污涂料采用有机锡作为防污剂，因其具有防污性能优异、使用年限长等优点，一度被大规模应用；但有机锡会对海洋生态系统造成巨大破坏，故自2008年起已被全面禁用。如何在保证涂料优异防污效果的前提下，减少防污剂对生态环境的影响，是当前防污剂的一大研究方向。
当前，自抛光涂料多采用氧化亚铜(Cu？O)等无机防污剂以及其他相对低毒的有机防污剂，但这些防污剂仍具有一定毒性，对环境仍存在潜在威胁。对此，低毒释放型防污剂和接枝型防污剂是较为有效的思路，前者通过改性树脂使其具有“低表面能-自抛光”的双重作用，实现涂层对杀菌离子的缓慢释放；后者则将防污剂接枝到树脂上，通过涂层水解控制防污剂的释放，改善了渗出型防污剂“暴释”的缺点，提高了防污剂的利用率。
此外，使用天然产物型防污剂也是一种更加环保且具有前景的思路。目前，多个研发团队分别研究了伊维菌素、硅油-辣椒素混合物、丁烯酸内酯等多种天然产物型防污剂，通过共混、微胶囊、仿生等手段应用于自抛光涂料中，论证了其防污性能的可靠性，有助于逐步取代金属离子型无机或有机防污剂。
当前，自抛光防污涂料正逐步朝着降低制备成本、改善防污期效的方向稳步发展。环保健康、防污性能优异、释放可控、工艺简便等，也是其树脂基质和防污剂研发过程中必须考虑到的。研制防污机制多元化的自抛光涂料以弥补单一类型防污涂料的不足，亦正在成为自抛光防污涂料的未来一大趋势。
参考文献：现代化工, 2021, 41(S1): 58-61+66.
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