海洋生物污损，即微生物与动植物在海洋工程设施表面的粘附、生长与繁殖而形成的生物污垢，会严重影响设施的使用寿命。国际海事组织（IMO）对有机锡等传统有毒防污剂的全面禁止，为环保、高效的有机硅防污涂料创造了巨大的替代空间。

其市场高度集中，佐敦 (Jotun)、海虹老人 (Hempel) 等外资品牌凭借技术和品牌优势，长期占据高端市场，在中国市场的份额超过90%。这既是挑战，也为具备技术突破能力的国内企业提供了巨大的国产替代机会。

海洋工程设施表面粘附的生物污损图片

有机硅防污涂料的特点

有机硅聚合物以硅氧链为主链，具有独特的低表面能、低弹性模量等特性。其低表面张力削弱了海洋生物的粘附力，而高弹性使涂层在水流或外力作用下易发生形变，从而实现污垢的自动脱落。因此，开发高流动性、高弹性、富含活性侧基的线形有机硅聚合物材料，是当前研究的重要方向。

虽然学界普遍认为有机硅涂层表面能越低，防污效果越好，但实际性能受多种因素共同影响，主要包括：表面能、弹性模量、膜厚、极性、表面光滑度等。

有机硅防污涂料的主要优点包括：

（1）附着力强：活性官能团可自由移动，提升涂层与基材的结合力。

（2）防水性好：有机硅链段能有效阻止水分渗透，保护涂层结构。

（3）柔韧性佳：主链与表面活性链段分子迁移率高，保持涂层柔韧。

（4）断裂机制可控：通过改变厚度可调控界面断裂行为。

（5）化学稳定性高：在海水中长期浸泡仍能保持性能稳定。

有机硅防污涂料的分类

有机硅防污涂料主要以有机硅聚合物为成膜材料，并通过树脂改性、仿生结构设计或自析油等方式不断提升性能。

1、有机硅聚合物防污涂料

以PDMS弹性体为代表的有机硅聚合物，早在1961年就被发现具有较好的大型污损生物抵抗性，且无需较大剪切力即可脱除附着生物。其优势在于低表面能、适当弹性及降低粘附强度的能力。

传统有机硅涂料对藤壶、贻贝、海藻等顽固生物效果有限。两亲性防污材料通过引入亲水与疏水链段，形成表面相分离与动态不均匀结构，显著抑制污损生物的附着。

通过吗啉基团和N-取代基团产生亲水性的PDMS基双亲性防污涂层

2、有机硅改性树脂防污涂料

纯有机硅聚合物制备的涂层机械强度较差、附着力低，易脱落，并且密封性能较差。常采取有机硅对基体树脂进行改性，制备有机硅改性树脂防污涂料。

（1）氟碳改性硅树脂

物理共混法：通过物理共混方式制备的氟硅涂料疏水性与表面能优于纯有机硅，适当调控共混材料的比例还可提高力学性能。

化学改性法：将氟碳单体引入聚硅氧烷侧链或封端、硅基团引入有机氟碳主链，形成高强度的立体网络结构或硅基团的共聚物，可制备高性能氟碳改性有机硅防污涂料。虽工艺复杂，但产物稳定、设计空间大。

（2）有机硅改性丙烯酸树脂

丙烯酸树脂具有优异的耐溶剂性能，与有机硅相结合可生产出具有优异耐候性、 耐热性、 耐光性和保色性以及对基材附着力的防污涂料。通过物理共混法和化学改性法，可赋予涂层优异的防污性能。研究表明，将硅氧烷化学接枝到丙烯酸上，可获得高热稳定性的疏水涂层。

（3）有机硅改性聚氨酯树脂

聚氨酯树脂具有优异的附着力、良好的耐磨性以及耐酸、碱和耐油性。将聚硅氧烷链段引入聚氨酯侧链中，可增强有机硅与底漆之间的附着力，使改性树脂具有优异的低表面性能。但两者之间的相容性较差，物理共混、原位聚合等方法效果不佳，需采用共聚改性法进行改性。

3、有机硅仿生防污涂料

受荷叶表面超纳结构的启发，科学家开发出有机硅仿生防污涂料。该类涂层通过构建微粗糙表面（如纳米乳头状结构），有效抑制海洋生物的附着。研究表明，涂层表面微观结构的尺寸应小于附着生物体尺寸，才能发挥最佳防污效果。

典型实例：有机硅改性丙烯酸树脂结合疏水性纳米二氧化硅，形成具有微米-纳米分级结构的粗糙疏水表面（含微纳米乳头、孔洞和凹槽），显著降低海洋生物的粘附力。

具有连续微纳米结构的有机硅防污涂层

4、自析油有机硅防污涂料

硅油与硅树脂分子结构相似，添加到有机硅涂料中可缓慢释放，形成保护膜并提高表面滑移度，从而抑制藤壶、牡蛎等生物附着。然而，硅油完全释放后，涂层变脆、易开裂，导致防污效果下降，且硅油泄漏可能对海洋生态造成潜在威胁。因此，现有硅油仍需进一步改性优化。

硅油灌注多孔表面

小结

随着海洋生态环境保护意识的提升，防污涂层不仅要高效防污，更需环境友好。近年来，通过硅树脂基体的改性、依据仿生防污原理构筑粗糙表面的有机硅涂层、添加硅油制备自析油防污涂层，有机硅防污涂层的综合性能与防污效果取得了显著进展。未来，开发兼具高效防污与环境兼容性的涂料体系，将成为我国海洋防污技术发展的重要方向。

参考文献：

[1]姜宇嵘,伞振鑫,黄素萄,等.有机硅海洋防污涂料的研究进展[J].有机硅材料,2024,38(01):87-92.

[2]刘兴达.有机硅功能海洋防污涂层的制备与性能研究[D].青岛大学,2024.

粉体圈七七