船舶环保润滑油与防污技术：从法规需求到前沿研究

钱伯章 2026-04-08

随着全球环保法规趋严，船舶用可生物降解、无毒的环保型润滑剂（EALs）需求日益增长。同时，应对传统防污涂料（如含TBT）的禁用，寻找新型、环境友好的防污技术成为关键。本文聚焦一项前沿研究，探讨利用滑腻的液体浸润多孔表面（SLIPs）来防止海洋生物（如贻贝）附着。研究发现，以硅油浸渍的聚二甲基硅氧烷（PDMS）三维凝胶网络能显著降低贻贝的附着率与粘附强度，效果优于部分商用涂层。这项研究为开发新一代绿色防污涂层提供了方向，但其生物相容性、长期稳定性及产业化能力仍需进一步评估。

随着全球在气候变化和污染问题面前对环境问题的意识日益增强，政府开始对润滑剂的成分进行监管。因此，符合生物降解性和无毒标准的环保型润滑剂（EAL）的需求将会随着这些更严格的标准而增长。

这些变化对航运业影响尤为显著。船只在众多机械部件中使用润滑剂；然而，由于与海洋的持续接触，它们也是大量润滑剂流入生态系统的主要来源。

关于海洋藻类及其海洋应用的新研究主要集中在两个目标上：将海洋藻类用作新型抗海洋生物附着剂，以及它们在船舶尾管中的表现。

近期的科学论文着重探讨了有害藻类可能具有的防污作用。海洋生物附着现象指的是生物附着在船舶表面，尤其是船体上。最令人担忧的是贻贝、藤壶以及其他双壳类动物的幼虫，它们会在船只底部大量繁殖，将流线型表面变成岩石状的群落。由此导致的重量增加和流体阻力增大，会使燃料消耗增加多达41%，相当于每年约2000 万吨的温室气体排放量。

从历史上看，船舶通常会涂上含有诸如铜、砷和三丁锡（TBT）等生物杀灭剂的防污剂。这些化合物对大型附着生物的双壳贝类幼体有毒性作用，其机制是破坏其肝脏细胞的线粒体。含有 TBT 涂层的防污系统被证明是最有效的，目前占全球船舶总数的 70%。

然而，TBT对不仅贻贝，而且对整个海洋生物都是无差别地有害的。由于海洋中化学和物理环境的剧烈变化，即使是不溶于水的杀菌剂涂层也会崩解并最终污染环境。通过浮游植物的吸收发现了TBT在整个食物链中的显著生物积累。此外，德里克·埃利斯和阿甘·帕蒂西纳报告称，全球贻贝的生殖器官存在遗传缺陷，表明普遍存在TBT污染。受到海洋生物和人类消费者所受风险的刺激，国际海洋组织（IMO）于2008年禁止使用TBT涂层。

沙赫鲁兹·阿米尼及其团队的研究是首个探讨利用滑腻的液体浸润多孔表面（SLIPs）来防止海洋生物附着的论文。

当时，关于液体填充表面的两种常见构想已经出现。其中一种被作者们称为“二维”方案，即制造出一种微观上粗糙的表面，通过毛细作用力均匀地分配并保留润滑剂。另一种则是将润滑剂渗透到三维聚合物凝胶网络中。

为了构建二维表面，阿米尼的团队将一层又一层的硅纳米粒子沉积在玻璃上（层层沉积法）。对于三维凝胶，作者使用了聚二甲基硅氧烷（PDMS）。他们向两个表面都注入了硅油，然后比较了贻贝对这两种商业上流行的防污涂层（Intersleek 700 和 900）的粘附率。

作者进行了初步实验，测试了贻贝在光照条件下对各种表面的附着能力。在油浸润的LBL表面和IS处理表面，有少量斑块形成，但PDMS完全没有生物附着现象。在一项多项选择实验中，当贻贝可以在所有表面之间进行选择时，观察到IS-700表面的斑块形成频率最高（75 ± 10），其次是LBL和IS-900（30 ± 10）。作者仅报告了5个贻贝附着在浸油的PDMS表面的情况，他们认为这更多是由于涂层缺陷所致。

阿米尼的团队进行了进一步的实地测试，这些测试与他们在实验室中的结果相吻合。他们还分析了足丝的粘附强度以及贻贝接触不同表面时的行为。与IS-700和IS-900相比，测量得到的对聚二甲基硅氧烷（PDMS）的粘附强度分别降低了两倍和五倍。此外，观察到由于凝胶网络的弹性模量较低，它们会因贻贝的探测而发生弯曲。贻贝不仅需要避开硅油润滑剂，而且它们的足部还需要更深地挖掘以探测到坚硬的表面进行附着。当接触到经过处理的 PDMS 表面时，贻贝往往会立即缩回它们的触须，转而选择附着在自己的壳上或附近的基底上。

阿米尼的研究成果标志着SLIPs在生物污损防护方面取得了重大突破。然而，还需要进行更多的研究来提高聚二甲基硅氧烷网络的生物相容性，以及它们在长期使用中的稳定性和工业规模的生产性。

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