پوشش های ضدخزه

گردآوری: حسین قلی زادگان

خزه بستن و ايجاد لايه اي از ارگانيسم ها يكي از مشكلات عمده تجهيزات دريايي مانند شناورها و سكوهاي نفتي است.اين  پديده كه با نام فولينگ يا به طور صحيح تر بايوفولينگ شناخته مي شود به طور گسترده در تاسيسات دريايي مستقر در اقيانوس ها و آب هاي آزاد مشاهده مي شود.از بين بردن اين ارگانيسم ها و جلوگيري از رشد آن ها يكي از ويژگي هاي مهم رنگ هاي دريايي ضد خزه است.

کشتی ها در صورت تمیز و عاری از فولینگ بودن بدنه آن خیلی سریع تر و راحت تر حرکت کرده و سوخت کمتری مصرف می کنند.در گذشته از آهک ،ترکیبات آرسنیک ،جیوه و برخی زیست کش های دیگر به عنوان خزه کش استفاده می شد.در طول دهه 60 میلادی متخصصین صنایع شیمیایی رنگ های ارزان تر و موثر تر برای مقابله با خزه ها تولید کردند که در آن از ترکیبات فلزی به خصوص تری بوتیل تین (Tributyltin-TBT) استفاده شده بود.در دهه 70 میلادی در بیشتر شناور های دریایی از TBT به عنوان خزه کش استفاده شده بود.البته در طی تحقیقاتی مشخص شد که ترکیبات قلع دار باقی مانده در آب و رسوب کرده در کف دریا موجب کشته شدن ارگانیسم های دیگر و آسیب رساندن به چرخه تغذیه بسیاری از جانداران دریایی دیگر شده است. در نتیجه سازمان بین المللی دریانوردی (International Maritime Organization) در سال 2008 استفاده از این نوع خزه کش ها را به طور کامل ممنوع اعلام کرد.

 

تاريخچه و سیر تحول سیستم های ضد خزه

مبارزه با عوامل كشتي چسب چالش امروز صنايع دريايي نيست.تحقيقات هاكي از آن است كه قرن ها پيش از ميلاد نيز پديده خزه بستن كشتي ها شناخته شده بوده و راهكارهاي اوليه اي نيز براي آن ارائه شده بود. 

در ادامه نگاهي گذرا به تاريچه سيستم هاي ضد خزه و سيري تحول آن مي اندازيم.

  • 700 پيش از ميلاد:در اكتشافات انجام شده كشتي هاي چوبي متعلق به تمدن فينيقي ها(Phoenicians) كشف شد كه به وسيله مخلوطي از موادي چون قير و واكش به همراه سرب در سطح بيروني كشتي ها استفاده شده است.
  • 500 پيش از ميلاد:از تركيبات آرسنيك و سولفور براي مبارزه با كرم هاي كشتي چسب كه در بدنه هاي چوبي سوراخ ايجاد مي كردند استفاده شد
  • 300 پيش از ميلاد:يوناني ها و رومي ها از واكس، تار و تركيبات مس و سرب به عنوان عامل بازدارنده رشد خزه استفاده كردند.
  • پلوتارك (مورخ يوناني 45 تا 125 پس از ميلاد) اشاره مي كند كه از شيره برخي گياهان خود رو براي پاك كردن آلودگي ها ار سطح كشتي ها استفاده مي شده و به اين ترتيب حركت كشتي در آب بهبود پيدا مي كرده است.
  • بين قرن هاي 13 تا 15 ميلادي:از مخلوط هايي از قير، روغن وروغن هاي حيواناتي چون نهنگ در پوشاندن سطح بيرون كشتي ها استفاده مي شد.به عنوان نمونه كشتي هاي كلمبوس(Columbus) از مخلوط قير و روغن نهگ استفاده مي كردند.
  • قرن 16 ميلادي:از مخلوط قير و موي حيوانات براي پوشاندن سطح بيروني كشتي ها استفاده شد.
  • قرن 18 ميلادي:تا اين زمان بهترين روش محافظت از بدنه كشتي هاي چوبي در برابر كشتي چسب ها استفاده از سرب بود.اما مشكل بزرگ آن اين بود كه چون نسبت به آهن كاتد بود موجب خوردگي در بخش هاي فولادي كشتي مانند سكان(Rudder)كشتي مي شد.
  • سال 1847 ميلادي: طي مطالعه مشترك كه توسط سر هم فري ديوي(Sir Humphrey Davy) و ويليام جان هي(William John Hay) انجام شد از پوشش حاوي تركيبات مس به عنوان سيستم ضد خزه استفاده شد.اما مشكل بزرگ مس اين بود كه چون نسبت به فولاد كاتد مي شد باعث خورده شدن فولاد به مرور زمان مي شد.ديوي و هي براي رفع اين مشكل از يك لايه بين فولاد و پوشش خارجي بهره گرفتند كه موجب جدا شدن يون هاي آهن و مس مي شد.

  • در حدود سال 1860 :ايتالياي ها از مخلوطي از روزين كه رزين طبيعي بود و سولفات مس به عنوان پوشش ضد خزه استفاده كردند.
  • از حدود 1863 تا اواخر قرن 18: استفاده از اكسيد مس به همراه بستري از قير به عنوان پوشش ضد خزه مرسوم بود.همچنين در اين دوره لايه اي از يك پوشش ضد زنگ به عنوان لايه آستري مورد استفاده قرار گرفت.
  • در اوايل قرن 19: استفاده از اكسيد جيوه به عنوان ضد خزه و تركيبات روي و همچنين گرد روي فلزي به عنوان لايه ضد زنگ زيرين پوشش ضد خزه مرسوم گرديد.
  • اواسط قرن 19 :اتفاق قابل توجه در اين زمان توليد رزين هاي سنتزي از تركيبات پتروشيمي بود كه به زودي جايگزين رزين هاي مرسوم طبيعي گرديد.همچنين در اين دوره مطالعات نشان داد تركيبات ضد خزه شامل قلع قدرت بالايي به عنوان ماده ضد خزه دارند كه تركيبات TBT از جمله آن ها بود.به عنوان نمونه طي مطالعات صورت گرفته توسط ون دكرك(Van de Kerk) و همكارانش در سال 1950 مشخص گرديد كه تركيبات حاوي قلع كارايي بالايي در از بين بردن خزه ها و موجودات دريايي دارد. از اين دوره تا حدود سال 1970 استفاده از سيستم هاي بر پايه تركيبات قلع روز به روز گشترش يافت و تجاري تر شد.
  • دهه 1970 میلادی:سیستم های بر پایه TBT به بازار عرضه شد.سیستم های خود صیقل شونده بر پایه تری بوتیل تین در صنایع کشتی سازی به طور عمده مورد استفاده قرار گرفت.در این سیستم ها پوشش رنگ در اثر واکنش با آب دریا خزه کش موجود در خود را آزاد می کند و همچنین به صورت لایه لایه از خود بستر رزینی نیز در آب حل می شود و موجب صیقل شدن مداوم سطح پوشش می شود.به خاطر این مکانیسم سرعت تراوش مواد زیست کش تقریبا با زمان به صورت ثابت پیش می رود.دراین سیستم زمان بین هر تعمیرات اساسی حدود 5 سال است.
  • دهه 1980 میلادی:در این زمان سیستم های کوپلیمر خود صیقل شونده تری بوتیل تین به بازار عرضه شد.در این دوره آثار مضری از ترکیبات قلع در بدن موجودات دریایی و محیط زیست دریا در سواحل فرانسه و انگلستان مشاهده شد و در نتیجه ی آن استفاده از این نوع سیستم ها برای شناورهای زیر 25 متر در برخی کشورها ممنوع اعلام شد.
  • اوایل دهه 1990 میلادی:سیستم های خزه رها ساز به بازار عرضه شد و همچنین دیگر سیستم های ضد خزه فاقد ترکیبات قلع مورد توجه قرار گرفت.همچنین سازمان بین المللی محیط زیست دریایی(International Maritime Organization) استفاده از ترکیبات قلع در سیستم های ضد خزه را برای شناور های زیر 25 متر طول ممنوع اعلام کرد.این سازمان همچنین اعلام کرد در شناور هایی که از ترکیبات قلع استفاده می کنند ،نباید سرعت تراوش این ترکیبات از 25 میکروگرم بر سانتی متر مربع در روز تجاوز کند.کشور هایی چون ژاپن ،نیوزیلند و استرالیا استفاده از ترکیبات قلع در سیستم های ضد خزه را ممنوع اعلام کردند.همچنین هلند نیز محدودیت هایی برای استفاده از این نوع سیستم های ضد خزه اعمال کرد.
  • سال 1995 میلادی:در این سال سازمان بین المللی محیط زیست دریایی کار گروه حفاظت از محیط زیست دریایی(Marine Environment Protection Committee) را که بر روی رنگ های ضد خزه نظارت داشت، تشکیل داد. 
  • سال 1997 میلادی:ژاپن تولید رنگ های ضد خزه بر پایه ترکیبات آلی قلع را ممنوع اعلام کرد.
  • سال 1998 میلادی:اولین پیش نویس ممنوعیت رنگ های بر پایه ترکیبات آلی قلع توسط کار گروه حفاظت از محیط زیست دریایی ارائه شد. 
  • سال 1999میلادی: سازمان بین المللی محیط زیست دریایی (IMO) قطعنامه ای در مورد توقف تدریجی استفاده از ترکیبات آلی قلع به عنوان خزه کش را به تصویب رساند.
  • سال 2003 میلادی:شروع ممنوعیت استفاده از ترکیبات آلی قلع به عنوام خزه کش در شناورها.
  • سال 2008 میلادی:ممنوعیت کامل استفاده از سیستم های ضد خزه بر پایه ترکیبات قلع.

انواع پوشش های ضد خزه

رنگ های دریایی ضدخزه  را مي توان از ديدگاه مكانيسم عملكرد به چهار دسته کلی طبقه بندي كرد كه عبارت اند از:

  •  سیستم رزین محلول-خزه کش محلول

 این رنگ ها عموما با نام رنگ های ضد خزه کلاسیک یا معمولی يا Conventional شناخته می شوند.در این سیستم ماده خزه کش همزمان با انحلال رزین در آب ،حل می شود.این مکانیسم باعث می شود تا مرتبا ماده خزه کش تازه در معرض آب دریا قرار گیرد.اما در این سیستم سرعت رها شدن مواد خزه کش کنترل شده نیست و در ابتدا سرعت رها شدن مواد خزه کش زیاد و پس از مدتی این سرعت کم می شود به طوری که مدت عملکرد مفید سیستم بین 6 تا 12 ماه است و این اتفاق باعث کاهش عملکرد سیستم ضد خزه می شود.البته تعيين مدت زمان عملكرد(Service life) سيستم رنگ ضد خزه به عوامل متعددي از جمله ضخامت پوشش.سرعت حركت شناور .شوري آب دريا.دما و حتي ميزان آشفتگي(Turbulence) و بي نظمي جريان در اطراف پوشش بستگي دارد به عنوان نمونه در بارج ها(Barge) پوشش ديواره هاي مغروق ضخيم تر از كف شناور است و دليل آن هم سايش بيشتر در اين ناحيه به دليل آشفتگي بيشتر جريان آب است.

بستر رزيني مورد استفاده در اين نوع سيستم ها معمولا از رزين هاي طبيعي چون روزين ساخته مي شود كه صمغ طبيعي و خشك شده درخت كاج است.از ويژگي هاي اين ماده طبيعي انحلال بسيار آرام در آب است كه بستر مناسبي براي آزاد شدن تدريجي بايوسايد را فراهم مي سازد.

از معایب این نوع سیستم ضد خزه می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • حساسیت به محیط قلیایی
  • بازدهی پایین در صورت استفاده همزمان با سیستم حفاظت کاتدی
  • ترک خوردگی فیلم رنگ پس از خشک شدن(این نوع رنگ نباید مدت طولانی پس از خشک شدن در خارج آب باقی بمانند و نباید در مدت زمان کوتاه قبل از به آب اندازی روی سطح به کار روند و پس از خشک شدن سریعا در تماس با آب قرار داده شود.)

مدت زمان کارکرد مفید این نوع سیستم ضد خزه پایین تر از دیگر انواع سیستم ها است. در شکل زیر مقطعی فرضی از این نوع پوشش و نحوه عملکرد آن نشان داده شده است.

  • سیستم رزین نامحلول-خزه کش محلول

این نوع رنگ ها با نام رنگ های ضد خزه با طول عمر بالا (long life anti-fouling) نیز شناخته می شوند.در این سیستم رزین نامحلول می باشد ولی خزه کش به آرامی حل می شود.در اين نوع از سيستم هاي ضد خزه پوشش داراي خاصيت آب دوستي است كه موجب كشيده شدن آب به داخل خلل و فرج پوشش مي شود كه به آزاد شدن مداوم بايوسايد از عمق پوشش كمك مي كند.در نتیجه ی این فرایند یک فیلم متخلخل در اثر جدا شدن ماده خزه کش بر جای می ماند و امکان خروج خزه کش های زیرین را فراهم می کند.البته نفوذ آب در این ماتریس متخلخل با گذشت زمان کاهش می یابد یعنی تراوش خزه کش در مدت زمان کارکرد آهنگی خطی ندارد در نتیجه در روز های اولیه کاربرد پوشش ضد خزه،بايوسايد ها به میزان زیادی تراوش می شود و در پایان عمر مفید سیستم هنوز پس مانده ای از اين مواد سمی در عمق پوشش وجود دارد.نام این نوع سیستم های ضد خزه بر اساس بخش غیر قابل حل(رزین) که معمولا از رزین های کائوچو کلرو ، اپوكسي، آكريليك یا وینیل می باشد،تعیین می گردد.حداکثر عمر مفید این نوع رنگ های ضد خزه بین 16 تا 24 ماه برای ضخامت فیلم خشک 150 میکرون است.که می توان این ضخامت را با دو لایه رنگ کاری تامین کرد.البته گونه های خاصی از این نوع رنگ ها ساخته شده که ماتریکس خالی تشکیل شده بر روی سطح تراوش مواد سمی و قابل حل  تغییر رنگ می دهد.این لایه متخلخل  را می توان توسط برس های مخصوص از روی سطح زدود.این فرایند را می توان نوعی فعال سازی مجدد سطح در نظر گرفت.طی این فرآیند ناحیه مورد نظر تغییر رنگ داده و رنگ ضد خزه تراوش شده از روی سطح پاک  می شود و لایه فعال تازه قرمز مایل به قهوه ای در معرض تماس با آب دریا قرار می گیرد.این عملیات همچنین موجب هموار شدن نسبی سطح زیر آب نیز می شود.اگر چه اين ايده جالب به نظر مي رسد اما از لحاظ اجرايي دشوار بوده و از نظر اقتصادي نيز مقرون به صرفه نيست.

از محاسن اين نوع سيستم نيز مي توان به مقاومت مكانيكي بالا‏ مقاومت در برابر محيط خارجي و مقاومت در برابر كراكينگ (Cracking) اشاره كرد.

 

در شكل زير مقايسه نرخ رها شدن خزه كش ها در سيستم هاي با بستر رزيني حلال و غير حلال مشاهده مي شود.

در سيستم ضد خزه با رزين نامحلول(شكل بالا) تغييرات شيب منحني مقدار ماده ضد خزه-زمان زياد بوده و در نتيجه سريع تر مواد سمي آزاد شده كه موجب كمتر شدن عمر مفيد سيستم مي شود.در نقطه مقابل سيستم با رزين محلول (شكل پايين) قرار دارد كه شيب نمودار در آن كمتر است.يعني مواد خزه كش آهسته تر رها مي شود كه موجب بالا رفتن طول عمر مفيد سيستم مي شود

  • پوشش هاي خود صيقل شونده

اين نوع از پوشش ها كه به نام پوشش هاي فدا شونده(ablative) نيز مشهور است در اواخر دهه 60 ميلادي به بازار عرضه شد و ويژگي مهم آن كنترل شده بودن فرآيند  رها شدن ضد خزه بود.در اين پوشش ها بر خلاف انواع سنتي تر كه در بالا به آن ها اشاره كرديم‏ بايوسايد و بستر پليمري با هم يك  پيوند شيميايي برقرار كرده اند در نتيجه تشكيل يك فاز يا در واقع يك ماده واحد را مي دهند كه در اثر تماس با آب دريا هيدروليز شده و ماده سمي آن فعال مي گردد.همچنين همان طور كه از نامگذاري آن بر مي آيد اين پوشش ها به دليل صيقل شدن دائمي و منظم در تماس با آب دريا كه در نتيجه واكنش سطح پوشش با آب است به طور منظم ماده سمي آزاد مي كند كه نتيجه آن كارايي سيستم به طور يكنواخت و موثر در تمام مدت عمر مفيد آن است. همان طور كه در دو روش قبلي توضيح داده شد رها شدن غير خطي خزه كش ها مسئله مهمي بود كه موجب ناكارآمد شدن پوشش پس از مدت كوتاهي مي شد. 

براي سيستم هاي مبتني بر ضدخزه خود صيقل شونده عمر مفيد حدود 60 ماه تخمين ضده مي شود كه البته به عوامل متعددي از جمله ضخامت پوشش.سرعت حركت شناور.شوري آب دريا و حتي دماي آب بستگي دارد.

  • سیستم های خزه رها ساز

این نوع از پوشش های ضد خزه به نسبت دیگر پوشش ها جدیدتر می باشد و از تکنولوژی بالاتری برخوردار است.ایده اصلی تولید این نوع از سیستم های ضد خزه از پوست آبزیانی چون کوسه گرفته شده است. در این نوع از پوشش های ضد خزه، رها سازی ماده خزه کش در کار نخواهد بود و در عوض به دلیل پایین آمدن انرژی سطح پوشش، خزه ها توانایی چسبیدن به سطح را نخواهند داشت و یا در صورت چسبیدن ، با حرکت شناور و ایجاد سایش در اثر حرکت آب از روی سطح کنده می شوند.به همین سبب این نوع از پوشش ها از نظر زیست محیطی سازگاری بیشتری با محیط زیست دریاها داشته و بیشتر مورد توجه است.

نوع رزین و خاصیت آن در این نوع از پوشش های ضد خزه با دیگر پوشش ها کاملا متفاوت است.رزین های بر پایه سیلیکون مانند پلی دی متیل سیلوکسان (Poly dimethyl siloxane - PDMS)و همچنین رزین های فلوئوره مانند پلی تترافلوئورواتیلن (تفلونی) در این نوع از پوشش های ضد خزه کارایی بالایی دارد.در میان این دو نوع نیز پوش های بر پایه پلی دی متیل سیلوکسان کارایی بالاتری از خود نشان داده است.پلی دی متیل سیلوکسان با خاصیت انعطاف پذیری بالا و ایجاد انرژی سطحی پایین ، از اتصال خزه ها به بدنه شناورها جلوگیری می کند.ساختار شیمیایی پلی دی متیل سیلوکسان در شکل زیر نشان داده شده است

نکته قابل توجه در این نوع از پوشش های ضد خزه رعایت حد بحرانی سرعت حرکت شناور است.چرا که به دلیل عملکرد ویژه این نوع از ضد خزه ها ، سرعت بالا تر می تواند به همراه چسبندگی کم سطح، اتصال خزه ها را بسیار دشوار کند.به طور کلی می توان گفت این نوع از سیستم های ضد خزه برای شناور ها و قایق های تندرو کارایی بالاتری دارد.اگر چه تجربه نشان داده است که در مناطق مواج دریا، موج دریا خود به تنهایی توانایی ایجاد حداقل سرعت حرکت آب برای سایش دائمی سطح را دارا می باشد.


مقالات مرتبط


پیوندهای مفید


منابع مطالعاتی بیشتر

 

دریا تامین تجهیز-رنگ دریایی پارس پامچال-رنگین زره-همپل