Российские исследователи разработали и запатентовали противообрастающее антикоррозионное покрытие для объектов морской инфраструктуры. Его основной биоцидный компонент представляет собой инкапсулированный бактериальный экстракт с антимикробным и альгицидным действием. Испытания в природных морских условиях подтвердили, что материал эффективно противостоит биообрастанию.
Работу выполнили Институт химии ДВО РАН и Национальный научный центр морской биологии имени А.В. Жирмунского ДВО РАН. Патент на изобретение принадлежит этим организациям, номер патента: 2791236. Разработка прошла испытания на Морском испытательном стенде Тропического центра в Южно-Китайском море, во Вьетнаме.
Почему защита корпуса от обрастания важна для судна
Микроорганизмы, водоросли и моллюски заселяют подводную поверхность корпуса, гидротехнических сооружений, платформ и океанографического оборудования. Такое обрастание усиливает коррозию конструкционных материалов, ухудшает маневренность судна и сокращает ресурс техники.
Шероховатая поверхность увеличивает трение между корпусом и водой. Расход топлива в таких условиях может вырасти до 40–50%. Особенно быстро обрастание развивается на ватерлинии и руле, где больше солнечного света. На процесс также влияют температура и солёность воды, течение, загрязнение и приток пресной воды.
Проблема заметна не только на кораблях, находящихся в постоянном движении. Суда, яхты и лодки, которые проводят у причала 70–90% времени, нефтяные платформы, плавдоки и портовые краны также нуждаются в защитной лакокрасочной системе.
Природный биоцид вместо токсичных компонентов
Наиболее распространённый вид противообрастающей защиты основан на биоцидах, главным образом на соединениях меди. Однако интенсивное применение таких ЛКМ приводит к поступлению в воду тяжёлых металлов. По приведённым данным, ежегодно в водную среду выделяется более 5 тонн их соединений; в портах токсичные компоненты способны накапливаться выше существующих норм.
Дальневосточные учёные выбрали иной подход. Исходным материалом стал бактериальный штамм Pseudoalteromonas piscicida, выделенный из микрофлоры двустворчатого моллюска Modiolus modiolus в заливе Восток Японского моря. Продукты этого штамма показали высокую антимикробную и антиобрастающую активность, после чего их использовали как природный биоцид.
Команда оптимизировала экстракцию, микрокапсулирование и рецептуру покрытия. Такой процесс важен для постановки материала в производство: недостаточно найти активный компонент, нужно обеспечить его устойчивую работу в составе защитного слоя на морской поверхности.
«Микроорганизмы представляют собой ценный и легко возобновляемый источник природных антиобрастающих соединений», сообщила научный сотрудник Института химии ДВО РАН Ульяна Харченко.
Какие ещё технологии покрытий развивают для судостроения
Новая разработка ДВО РАН входит в более широкий поиск долговечных покрытий для судовой отрасли. Институт синтетических полимерных материалов имени Н.С. Ениколопова РАН вместе с Тульским государственным педагогическим университетом имени Л.Н. Толстого, Институтом общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова и Российско-Вьетнамским тропическим центром представил систему на основе полидиметилсилоксана и полигексаметиленгуанидина.
После подбора сшивающих и вспомогательных компонентов составы сформировали прочные прозрачные плёнки на загрунтованной стали. Учёные нанесли на стальные пластины покрытия с содержанием биоцидного компонента 6%, 10% и 20% в пересчёте на полигексаметиленгуанидин. Образцы выдержали в тропических океанических водах Вьетнама 9 месяцев.
Затем поверхность обработали водой под давлением, имитируя самополировку. На образцах с полигексаметиленгуанидином морские организмы практически полностью отшелушились. Покрытие не только препятствует закреплению водорослей, но и помогает удалить уже сформировавшееся биозагрязнение. Результаты работы опубликованы в журнале «Неорганические и металлоорганические полимеры и материалы».
Самополирующиеся эмали и покрытия для узлов
В судостроительной практике применяют и самополирующиеся противообрастающие эмали. У ВИНИКОР-марин АФ/S вода проникает в структуру покрытия и постепенно гидролизует полимерные связи. Поверхностный слой равномерно растворяется под действием водного потока, высвобождая биоциды и обновляя защитный слой. Во время движения судна поверхность становится более гладкой, что снижает сопротивление воды.
Эмали ВИНИКОР-марин АФ и ВИНИКОР-марин АФ/S изготовлены из смеси синтетических смол, не содержат олово и могут наноситься при отрицательной температуре. Их прогнозируемый срок службы составляет от 3 до 5 лет. Материалы используют как финишный слой в комплексной системе с покрытиями ВИНИКОР-марин, грунт-эмалью ВИНИКОР и эпоксидными грунтовками.
Подводную часть траулеров-процессоров проекта 170701 окрасили эмалью ВИНИКОР-марин АФ. Материал также применяли на атомном ледоколе проекта 22220, научно-исследовательском судне «Виктор Буйницкий» и катамаране проекта 04580 «Котлин».
Для деталей, испытывающих контактные нагрузки и эрозионный износ, НИЦ «Курчатовский институт» ЦНИИ КМ «Прометей» разработал синтезированные композиционные порошки. Их наносят микроплазменным напылением, формируя плотные равномерные защитные слои. Технология рассчитана на подшипники, втулки, валы, трубопроводы, запорно-регулирующую арматуру и элементы газотурбинных двигателей, в том числе для работы в Арктике.
Как покрытие связано с технологией постройки
Эффективность защитного решения зависит не только от рецептуры ЛКМ, но и от схемы окраски, подготовки поверхности, условий нанесения и назначения каждой судовой конструкции. Холдинг ВМП сопровождает работы от запуска металла в обработку до сдачи готового судна, разрабатывая схему окраски с учётом эксплуатации.
Верфи часто используют отдельные материалы для наружной обшивки корпуса, корпусных стыков, балластных и грузовых танков, внутренних помещений, алюминия, оцинкованной и нержавеющей стали. Большая номенклатура усложняет работу технологов и мастеров, повышает риск ошибки и перерасхода материала. Что произойдёт, если на объёмной секции перепутать систему для палубы, наружного корпуса или танка? Морская среда быстро выявит такой дефект, а судоремонт потребует повторных операций.
Производитель Litum предлагает универсальный быстросохнущий грунт «Литамастик Универсал 10». Система соответствует Резолюции ИМО MSC.215(82) для балластных цистерн забортной воды и Резолюции ИМО MSC.288(87) для грузовых танков нефтеналивных судов. В контакте с сырой нефтью покрытие работает при температуре до 80°С. Его применение позволяет не промывать окрасочный аппарат и не перенастраивать факел при переходе между разными поверхностями одной секции.
Частые вопросы
Почему корпус судна обрастает в воде?
Подводные поверхности заселяют микроорганизмы, водоросли и моллюски. Скорость процесса зависит от температуры, солёности, течений, загрязнения, притока пресной воды и освещённости.
На сколько биообрастание увеличивает расход топлива?
Обрастание корпуса повышает трение с водой и может увеличить расход топлива до 40–50%.
Где испытали покрытие с бактериальным экстрактом?
Покрытие прошло испытания на Морском испытательном стенде Тропического центра в Южно-Китайском море, во Вьетнаме.
Сколько служат эмали ВИНИКОР-марин АФ?
Прогнозируемый срок службы ВИНИКОР-марин АФ и ВИНИКОР-марин АФ/S составляет от 3 до 5 лет.
Что даёт самополирующееся противообрастающее покрытие?
Оно постепенно обновляет поверхностный слой, высвобождает биоциды и при движении судна формирует более гладкую поверхность с меньшим сопротивлением воды.
Для каких деталей подходит микроплазменное напыление композиционных порошков?
Технологию планируют применять для подшипников, втулок, валов, трубопроводов, запорно-регулирующей арматуры и элементов газотурбинных двигателей.
Позиция экспертов Реестр Гарант
Команда «Реестр Гарант» видит в этой разработке важный для судостроения переход к защитным материалам с природными биоцидами. Испытание в морской среде подтверждает работоспособность рецептуры, но для практического применения на судне потребуется увязать покрытие с подготовкой стали, грунтовочной системой и технологией окраски конкретного корпуса. Результат зависит и от состава ЛКМ, и от качества выполнения окрасочных работ.