Ученые Института физики прочности и материаловедения СО РАН совместно с коллегами из Севастопольского и Томского государственных университетов разработали оптимальные составы биоцидных красок для защиты кораблей и гидротехнических сооружений от обрастания морскими организмами. Новые составы не только эффективные, но и экологически безопасные, токсическое воздействие на водную экосистему при их применении минимально. Исследования проводятся при поддержке РНФ (проект № 21-13-00498).
– 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 ответственный исполнитель проекта Ольга Бакина, ведущий научный сотрудник лаборатории нанобиоинженерии ИФПМ СО РАН, старший научный сотрудник лаборатории нанотехнологий металлургии физико-технического факультета ТГУ.
Она пояснила, что биообрастание судов и их отдельных узлов, особенно в теплом климате, наносит серьезный экономический урон. При этом применение некоторых защитных красочных материалов негативно влияет на состояние гидробионтов – морских организмов, постоянно обитающих в водной среде. Поэтому сейчас ученые из разных стран активно ищут решение этой проблемы – как защищать не агрессивно, а экологично. Предлагаются самые разные варианты: создаются супергладкие покрытия со сниженной адгезией, а также покрытия, имитирующие акулью кожу (как известно, к их телу ничто не прилипает). Не теряют своей актуальности и краски, ведь они способны оказывать защитное воздействие в течение длительного срока.
В рамках реализации гранта российские ученые разработали оптимальный состав краски нового поколения, в котором концентрацию оксида меди уменьшили в два раза – с 40 до 20 % и впервые в мире ввели частицы-биоциды, масса которых составляет всего лишь полпроцента от общей массы всей краски.
Сами созданные томскими материаловедами частицы состоят из двух компонентов. Первый в этом «дуэте» – стационарный полупроводник на основе оксида цинка или диоксида титана, генерирующий активные формы кислорода. Его «верный спутник» – компонент, поглощающий видимый свет. Исследователи изучили разные сочетания компонентов в составе частиц, но, как оказалось, одним из самых эффективно действующих сочетаний оказались частицы, состоящие из компонентов на основе оксида и феррита цинка.
Как же специальные частицы воздействуют на бактерии, прилепляющиеся к покрашенной поверхности? Такое воздействие можно назвать точечным: двухкомпонентная частица словно молниеносно «бросается в бой», выделяя активные формы кислорода при встрече с бактерией. И тогда оболочка бактерии, состоящая из фосфолипидов и белков, начинает окисляться и терять свою форму: образно говоря, отправляется «в нокаут».
Ольга Владимировна рассказала, что в течение 2023 года в Севастопольском государственном университете проходили эксперименты, целью которых было выявить, как же 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. Еще ученые установили, что для защиты судна или конструкции нет необходимости накладывать несколько слоев краски, содержащей частицы; достаточно будет, если она ляжет последним слоем, который и будет соприкасаться с водой.
Сейчас в кооперации с вьетнамскими учеными готовится заявка на международный грант, его получение позволит продолжить исследования в регионе, где можно проводить эксперименты круглогодично.
Отметим, что создание новых эффективных и экологически безопасных материалов – одно из фронтирных направлений развития Томского государственного университета в рамках стратпроекта «Технологии безопасности», поддержанного федеральной программой «Приоритет 2030».
Текст и фото: ТНЦ СО РАН