Ученые Института физики прочности и материаловедения СО РАН с коллегами из Севастопольского и Томского госуниверситетов создали оптимальные составы биоцидных красок для защиты кораблей и гидротехнических сооружений от обрастания морскими организмами.
Полученные составы эффективно справляются со своей прямой задачей, при этом они экологически безопасны: токсическое воздействие на водную экосистему при их применении минимально.
«В последнее время значительно выросла заинтересованность промышленности в результатах научных исследований. К нам обратились представители Научно-производственного предприятия «ВМП-Нева» с просьбой разработать экологичные безопасные краски, снижающие биообрастание, но при этом их стоимость должна остаться примерно на том же уровне», — рассказала Ольга Бакина, ведущий научный сотрудник лаборатории нанобиоинженерии ИФПМ СО РАН, ответственный исполнитель проекта.
По ее словам, биообрастание судов и их отдельных узлов, особенно в теплом климате, наносит существенный экономический урон. А применение некоторых защитных красочных материалов вредит гидробионтам — морским организмам, постоянно обитающим в водной среде. Поэтому исследователи из разных стран активно ищут экологичные пути решения этой проблемы.
Ученые разрабатывают самые разные варианты: от супергладких покрытий со сниженной адгезией, до покрытий, имитирующие акулью кожу (к телу этих хрящевых рыб ничто не прилипает). Специальные краски тоже актуальны, так как они способны защищать судно в течение длительного срока.
Российские ученые разработали оптимальный состав краски нового поколения, в котором концентрацию оксида меди уменьшили в два раза — с 40 до 20 %. Они впервые в мире ввели частицы-биоциды, масса которых составляет всего лишь полпроцента от общей массы всей краски.
Созданные томскими материаловедами частицы состоят из двух компонентов. Первый — стационарный полупроводник на основе оксида цинка или диоксида титана, генерирующий активные формы кислорода. Второй — поглощает видимый свет. Исследователи изучили разные сочетания компонентов в составе частиц. Одним из самых эффективно действующих сочетаний оказались частицы, состоящие из компонентов на основе оксида и феррита цинка.
Как специальные частицы воздействуют на бактерии, прилепляющиеся к покрашенной поверхности? Ученые поясняют, что такое воздействие можно назвать точечным: двухкомпонентная частица быстро «бросается в бой», выделяя активные формы кислорода при встрече с бактерией. Тогда оболочка бактерии, состоящая из фосфолипидов и белков, начинает окисляться и терять свою форму.
Как отметила Ольга Бакина, в течение 2023 года в Севастопольском государственном университете ученые пытались экспериментально выявить, как влияет нанесение новой краски на биообрастание и воздействует ли она на окружающую среду. Полученные результаты показали снижение биообрастания на два порядка и экологичность новой краски: в специальных аквариумах, куда на долгие месяцы погружались пластины, различные морские организмы продолжали активно размножаться.
Исследователи установили, что для защиты судна или конструкции не нужно накладывать несколько слоев краски, содержащей частицы. Достаточно будет, если она ляжет последним слоем, который и будет соприкасаться с водой.
Исследования проводятся при поддержке Российского научного фонда.
