防污材料动起来帮海洋工程装备甩掉污损物

防污材料帮助海洋工程设备清除污垢。

RD团队注意到，一些海洋生物的体表没有附着污损生物，因为它们分泌一些特殊物质。受此启发，他们还采用仿生学原理，以“以污治污”的方法，将海洋天然产物基防污剂引入动态表面防污体系，使其缓慢可控地释放到海洋中，实现了“取之于海洋，用之于海洋”的全新理念。

你可能想不到，在浩瀚的大海中，有大量的海洋污损生物伴随着船只，附着在船底自由遨游。然而，它们带来的危害不可低估。据统计，全球每年因海洋生物污损造成的直接经济损失高达500多亿美元。

海洋污染防治作为全球性问题，涉及能源、环境、国防等重大国家需求。然而，海洋防污材料的研发技术难度极大，被称为海洋材料领域的“桂冠”级难题。华南理工大学教授张光照在世界上第一个提出了“动态表面防污”战略，开辟了海洋防污的新途径。

“动态表面防污材料犹如可靠的‘防护服’，可以保护我国海洋装备免受污损生物的附着和侵蚀，为装备的高效运行和长期服役提供关键技术保障。”团队成员马教授说。不久前，这项技术成果获得了2021年广东省科学技术奖技术发明奖一等奖。

防污材料过去来自外国公司。

“海洋生物污损是指海洋微生物、动物和植物在船体等设备表面吸附、生长和繁殖形成的生物污损。”根据马的说法，一艘满是海洋污垢的船每平方米重量增加了80公斤。会增加船舶的航行阻力，降低航速，堵塞核电站和火力发电厂的冷却水管道，阻碍波浪发电和潮汐发电设备的正常运行，甚至会堵塞海水养殖网箱的网眼，导致鱼虾大面积死亡。

全世界一直致力于解决海洋生物的污损问题。为什么海洋防污材料很难开发？马冯春指出，全球不同海域的温度和盐度不同，适用于某些海域的涂料不一定适用于其他海域。而且海洋生物种类繁多，超过4000种。用一种材料控制所有海洋生物就更难了。

我国海域面积近300万平方公里，海岸线3.2万公里，进出口货运总量的90%是通过海上进行的。随着我国海洋事业的不断发展，不仅是航空母舰，各种深海设备、远洋船舶、海上风电都面临着海洋污染防治的问题。然而，中国在这一领域的技术发展并不理想。此前，中国造船业95%的防污漆市场被外国公司占据。

2003年，该项目的第一完成人张光照将注意力集中在海洋污染防治研究上。然后在国家两大科研项目的支持下，带领团队攻关“动态表面海洋防污材料及配套保护技术”。

“实验室里防污效果好的材料，一旦到了海洋里就不行了。直到2012年，我们才开始在技术研究上取得突破性进展。2013-2016年间，相关技术理论和成果初具规模，进入实际应用和成果转化阶段。”马说，这项研究已经进行了近20年。

首次提出了“动态表面防污”策略。

“在我们进入这个领域之前，已经有了大量的基础探索工作。坦白说，一开始我们想走捷径，跟踪国外抗蛋白吸附材料的工作。海洋污垢的形成始于蛋白质、糖蛋白等的吸附。，而能抗蛋白质的材料应该也能抗污，理论上是可行的。”张昭说。从2006年开始，他们陆续制备了一系列抗蛋白质吸附和力学性能优异的聚氨酯材料，并进行了多年的海洋实验。然而，人们发现，能够抵抗蛋白质吸附并不等同于能够预防和控制海洋污染。

“抗蛋白吸附材料本身确实具有抵抗污损生物附着的能力，但不具备长效性，尤其是在一些两个月就失去防污能力的重度污损海域。自得出这一结论以来，五年已经过去了。”马叹了口气。

痛定思痛，他们只能另辟蹊径。当时他们注意到，船舶上的积垢主要是靠泊时形成的，航行时积垢不多。联想到“流水不腐，一户不适合一户”的古话也有类似的意思，他们在国际上首次创新性地提出了“动态表面”的方法，有效应对静态防污。

“当船只和海洋设备处于静止状态时，让材料表面自己‘移动’，使海洋生物难以附着。这就是‘以行动治静电’的‘动态表面防污’策略。如何实现？我们也在摸索前进。”马告诉记者，该团队一直从事高分子化学和物理学，自然想到了生物降解聚合物，其降解可以形成动态表面。当然，生物降解聚合物也会降低涂层的寿命。

沿着这个方向，他们通过优化材料的设计，解决了防污效率和使用寿命之间的矛盾。同时，他们注意到一些海洋生物的体表不会被污损生物附着，因为它们会分泌一些特殊的物质。受此启发，他们还采用仿生学原理，以“以污治污”的方法，将海洋天然产物基防污剂引入动态表面防污体系，使其缓慢可控地释放到海洋中，实现了“取之于海洋，用之于海洋”的全新理念。

“我们的材料可降解成无毒小分子，不产生海洋微塑料，更加环保，防污期已超过7年。”马对说:

基于这一策略，他们还开发了一系列具有自主知识产权的高性能防污材料，从最初的主链降解型到主链降解-侧链水解型，再到最新一代的超支化双溶液聚合物，并开发了配套的连接材料和保护技术。目前，已有30多项中外发明专利获得动态表面防污技术授权，打破了国外对海洋防污技术的垄断，促进了我国海洋防污技术的发展。

防污效果优于国外材料。

2016年，他们成功完成了动态表面防污材料的扩产，正式拉开了其产业化的序幕，并已应用于民用船舶、南海波浪发电平台、海洋牧场、海底探测器等设备。与国际上最先进的自抛光防污涂料相比，动态表面防污材料的静态防污效果和防污周期效果更为优越。最近，这项技术还被应用到了世界上第一个商用潜艇数据中心，该数据中心即将下水。

一路走来，让马印象最深的是，项目的研究周期长，投入大，产出慢，没有各方面持续有力的支持，很难成功。

“当时抗蛋白吸附防污材料研发出来后，我在实验室用了3周，验证了一个很好的效果。我非常兴奋，觉得技术问题就要解决了。但是经过两个月的海洋实验，发现效果并不理想。我还记得那次挫败感。”马笑着回忆道。

他特别提到推广新技术的困难。“现在市场上成熟的海洋防污技术基本掌握在国外企业手中。要想从他们那里‘抢’市场，关键是先证明我们的技术过硬。优秀的标准是什么？没有标准，唯一的办法就是实海探测。”马在推广中见过多次。只要他开口说这个技术很好，对方马上回复，那就考一考吧。

这个考验，两三年过去了。“由于海洋防污材料的作用，需要到海洋中进行检验，检验周期长，对成本和人力都是很大的考验。”马呼吁国家对新产品的推广要有政策支持，让更多国内自主研发的产品技术能更快应用。

动态表面防污技术从实验室走向产业化，离不开产学研的密切合作。“华工有自己的产业化平台，通过这个平台我们可以做出一些特定应用领域的材料。此外，我们与下游涂料公司合作，共同推进技术产业化。”马介绍。参与这个获奖项目的有三家材料公司。

海洋工程装备是开发、利用和保护海洋的前提和基础。马透露，未来他们还将拓展动态表面防污材料体系，构建不同类型的动态表面，如开发能适应环境变化的智能防污材料，进一步加快科研成果转化，继续服务于我国海洋强国建设。

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