Laivojen hydrofobiset pohjapinnoitteet

Abstract

Kandidaatintyössä tarkastellaan laivojen pohjapinnoitteita. Työssä selvitetään pohjapinnoitetutkimusta eteenpäin ajavia tekijöitä, hyvän pohjapinnoitteen ominaisuuksia ja tapoja, joilla nämä ominaisuudet voidaan saavuttaa. Työn tavoite on selvittää erilaisia hydrofobisuuteen perustuvia pohjapinnoitevaihtoehtoja perinteisten myrkyllisten aineiden käyttöön perustuvien pinnoitteiden korvaamiseksi. Työssä käsitellään ensin meriympäristön pinnoitteelle aiheuttamia haasteita. Seuraavaksi vertaillaan perinteisiä antifouling (AF)- ja foul release (FR)-pinnoitteita, sekä niihin liittyviä ongelmia. Tämän jälkeen käsitellään hydrofobiaa ilmiönä sekä sen aikaansaavia pinnan ominaisuuksia ja hydrofobian vaikutusta FR-ominaisuuksiin. Lopuksi tutkitaan eri materiaalivaihtoehtoja hyvän hydrofobisen pohjapinnoitteen valmistamiseksi ja vertaillaan aiheesta tehdyistä tutkimuksista saatuja tuloksia teoriatietoon. Laivoja käytetään kloridipitoisessa merivedessä, jossa on suuri määrä erilaisia eliöitä. Tämä altistaa meriveteen kontaktissa olevan pinnan korroosiolle sekä eliöiden tarttumiselle pintaan, eli likaantumiselle. Korroosio lyhentää laivan elinikää sekä erilaisissa paikallisissa korroosiotapauksissa altistaa laivan näkymättömälle korroosiolle. Eliöiden tarttuminen pintaan kasvattaa laivan kitkaa, joka puolestaan kasvattaa polttoainekuluja. Tämän lisäksi pintaan tarttuvat eliöt voivat omalta osaltaan kiihdyttää korroosiota erilaisten tartunta-aineiden ja aineenvaihduntatuotteiden seurauksena. Hyvältä pohjapinnoitteelta vaaditaankin riittävää mekaanista lujuutta ja adheesiota eri pinnoitekerrosten välille paikallisten korroosiotapausten estämiseksi sekä erilaisten ympäristötekijöiden kestävyyttä. Pinnoitteen adheesion organismeihin halutaan olevan heikko, jotta laivan kitka ei kasvaisi tarttuvien organismien seurauksena. Perinteiset likaantumista estävät pinnoitteet perustuvat myrkyllisiin aineisiin, jotka tappavat eliöt. Näitä ovat esimerkiksi kupariin ja sen oksideihin perustuvat pinnoitteet. Likaantumista on pyritty estämään myös tuottamalla hyvin sileä pinta, johon organismien tartuntakyky on mahdollisimman heikko. Myrkylliseen aineeseen perustuva pinnoite, eli AF-pinnoite, on toistaiseksi käytössä oleva vaihtoehto likaantumisen estämiseen, mutta siitä pyritään eroon erilaisilla ympäristölaeilla sen ympäristöön kohdistamien haittavaikutuksien takia. Likaantumista on pyritty estämään myös sileällä pinnalla, johon adheesio on heikkoa. Sileään pintaan perustuvan fluoropolymeerisen FR-pinnoitteen on havaittu vähentävän lian määrää verrattuna pinnoittamattomaan alukseen, mutta likaantumista tapahtui silti merkittävästi. Materiaalin hydrofobiset ja hydrofiiliset ominaisuudet vaikuttavat FR-ominaisuuksiin. Tässä työssä hydrofobian aikaansaavaa kemiallista ja topografista ilmiötä tarkastellaan alan tutkimukseen pohjautuvan kirjallisuusselvityksen perusteella. Pinnan ominaisuuksien vaikutusta FR-ominaisuuksiin on eri tutkimuksissa tutkittu lajikohtaisesti erilaisia bakteereja ja piileviä vastaan. Eri organismeilla on huomattu olevan taipumus suosia erilaisia pintoja. Tutkimusten tuloksia verrattiin Baierin käyrään, jonka perusteella parhaat FR-ominaisuudet saavutetaan tietyllä pintaenergian arvolla eli Baierin pintaenergiaikkunassa. Eri lajien adheesiopreferenssien perusteella amfifiilisen pinnan, eli sekä hydrofobisia että hydrofiilisiä alueita omaavan pinnan, on joissakin tutkimuksissa arvioitu pysyvän homogeenista ja hydrofobista pintaa puhtaampana. Amfifiilisen sekä hydrofobisen pinnan saavuttamiseksi on eri tutkimuksissa löydetty hydrofobiseen polydimetyylisiloksaaniin sekä hydrofiilisiin metallioksidipartikkeleihin ja polymeereihin perustuvia ratkaisuja.