作者：谢庆宜，谢奕莲，潘健森，马春风
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海洋涂料之微塑料问题
近年来，国际社会对微塑料污染(Microplastic Pollution)的关注显著提升，全球范围内“限塑”力度持续加大，环保替代材料的研发热潮不断升温，充分反映出微塑料所带来的深远影响，以及工业界对环境友好高分子材料的迫切需求。
然而，在海洋涂料领域，人们对微塑料的认知及相应行动仍明显滞后。此前，国际海事组织（IMO）、美国马里兰大学、韩国海洋科学技术院（KIOST）以及国内几家高校等机构已初步开展海洋涂料释放微塑料的相关研究，但针对该问题的深入研究与详实数据仍较为匮乏[1]。值得庆幸的是，近几年来海洋涂料行业对微塑料问题的重视程度正逐渐提高。例如，在2025年9月于瑞典哥德堡举办的International Antifouling Conference 2025，有多个报告涉及海洋涂料微塑料问题（如丹麦科技大学、Hempel、海巍新材料等），内容涵盖海洋微塑料检测、无微塑料污染防污涂层开发等方向，据笔者了解，多家跨国船舶涂料企业也已着手研发不含或低微塑料的环境友好型防污涂层。
海洋中的微塑料来源复杂，总体上可分为陆源与海源两大类(图1)。陆源微塑料主要来自工业排放、生活污水和大气沉降等过程，最终进入海洋环境；海源微塑料则主要产生于船舶运输、海洋作业、海水养殖等活动，其中海洋涂料是重要来源之一。在马里兰大学与Jotun、International Paints等知名跨国船舶涂料企业开展的海洋微塑料研究中，作者参考ISO标准和联合国海洋环境保护科学问题联合专家组(GESAMP)报告，将船舶涂料释放的微塑料界定为粒径范围在1 μm至5 mm之间的颗粒，或聚合物含量不低于10%的悬浮颗粒[2]。
图1 海洋环境中微塑料的来源和污染状况[3]
海洋涂料中的成膜树脂本质上可视为微塑料。
根据IMO调研报告，全球海洋涂料所用树脂中约40%为微塑料。仅在欧洲海域，每年因海洋涂料使用而释放的微塑料总量约为400–1194吨；而在全球范围内，每年约有11270吨海洋涂料以微塑料形式进入海洋环境。国际自然保护同盟(IUCN)的研究进一步估算每年约5.5万吨来源于海洋涂料的微塑料释放至海水中[4]。尽管不同机构的具体估算存在差异，但可以确定的是，全球每年由海洋涂料产生的微塑料释放量已达万吨级别，而这些微塑料在海洋环境是长期存在的。
可见，海洋涂料之微塑料尺寸Micro而挑战Macro！
海洋微塑料的生态危害不容忽视
微塑料对海洋生物的影响主要通过摄食行为发生。目前已有超过100种海洋生物被发现体内存在微塑料，受影响的海生物个体数量巨大。摄入微塑料会使生物产生虚假饱腹感，进而改变其正常摄食行为，导致生长延缓甚至停滞。微塑料还能通过食物链传递，扰乱不同营养级生物之间的能量流动，最终对人类健康构成威胁（如图2所示）。此外，微塑料在海洋中经紫外线、微生物、波浪与风力等作用不断老化，释放出所含添加剂或其表面吸附的有毒物质，进一步加剧生态风险[3]。
图2 微塑料进入人体的方式及其潜在影响[3]
微塑料对海洋植物同样构成威胁，其中受影响较显著的主要是藻类，尤其是微藻。在海洋环境中，微塑料常附着在植物表面，可能造成缠绕、包裹甚至嵌入组织。此外，漂浮的微塑料（特别是大型塑料碎片）会在海面形成遮蔽，对阳光产生遮挡与反射，严重阻碍浮游植物的光合作用，进而抑制其正常生长。微塑料还可附着藻类细胞，并随洋流将其携带至其他海域，这种跨区域传播可能扰乱当地生态平衡。
海洋涂料为何会释放微塑料？
海洋涂料涵盖防污涂料、防腐涂料、热反射涂料、防滑涂料等多种类型，其成膜树脂主要由高分子材料构成。在紫外线辐射、温度变化、水解作用以及风浪引起的机械应力共同影响下，涂层逐渐老化、剥落并碎裂，最终形成微塑料颗粒。
根据相关研究，海洋涂料主要通过五种常见途径从船舶释放到环境中（图3）[2]。以最为常见的船舶涂料为例，在其整个生命周期中—从施工涂装、约五年的使用期，到返回船坞进行清洗等各个阶段都可能释放微塑料，已成为不可忽视的污染源。防污涂层作为防止海生物附着的功能涂层，长时间与海水直接接触。这类涂层通常为单组分体系，其附着力和本体力学强度相对较低（注：低表面能污损脱附型涂层虽为双组份，但其附着力和力学强度同样较低），因而容易发生脱落并释放至海水中，成为微塑料的主要释放源之一。例如，韩国KIOST研究所在一篇论文中指出，在其收集的典型防污涂层样本所产生的44.1 kg颗粒中，约18.2 kg属于微塑料排放物[5]。
图3 在典型服役期内，船舶涂层释放微塑料的五种情况[4]：A.在船厂的涂料涂装施工; B.在役使用，如水解、磨损; C.船舶水下清理过程; D.日常所需的船舶和涂层维护，例如更换阳极或维护管道和阀门; E.船舶返回船厂坞修的涂层清除。
在几类常用的防污涂料中，自抛光防污涂料可能是主要的海洋微塑料污染源。该涂料基于自抛光共聚物树脂（Self-polishing copolymer, SPC）制备，已在远洋船舶中广泛应用数十年，其作用原理是通过侧链水解形成亲水表面，在水流冲刷下表面抛光更新并释放防污剂，从而抑制污损生物粘附。然而，该材料不具备主链降解功能，其侧链水解后仍为大分子聚合物形式存在，因此被IMO认定为微塑料主要来源之一[1]。以某航行3年的20万吨远洋船为例，笔者根据其实际使用的自抛光防污涂料重量估算，得出其直接释放至海洋环境的高分子成膜树脂（不含防污剂与填料等）约为1200~1300 kg。
源头减量：环保涂料是未来方向
为从源头上控制微塑料的释放，船舶涂料行业已着手研发可生物降解树脂为基础的环保型防污涂料。生物降解树脂可海水中通过酶促降解形成自更新动态防污表面[6,7]，其降解产物为无毒小分子，有望从根源上缓解海洋微塑料污染问题。
近年来，海巍新材料技术团队致力于研发高性能可降解高分子防污树脂，已实现可控降解的聚氨酯、聚丙烯酸酯及超支化聚丙烯酸酯等系列产品的规模化生产。基于该树脂体系开发的防污涂料已成功应用于远洋船舶、波浪能发电平台、全球首个商用海底数据中心等应用，使用效果获得客户认可。
展望未来，海巍新材料将继续秉持绿色环保理念，致力于开发高效广谱的防污产品，助力全球海洋防污涂料行业实现高质量、可持续发展。
参考文献
[1] IMO, 2019. Hull Scrapings and Marine Coatings as a Source of Microplastics. International Maritime Organization, London, UK.
[2] Tamburri M N, Soon Z Y, Scianni C, et al. Understanding the potential release of microplastics from coatings used on commercial ships. Frontiers in Marine Science, 2022, 9: 1074654.
[3] Xiao J, Yang X, Zhang Z, et al. Research progress of the sources, distribution characteristics, and potential risks of microplastics in the global marine environment. Water, Air, & Soil Pollution, 2024, 235(11): 717.
[4] Boucher, J., and Friot, D. (2017). Primary microplastics in the oceans: A global evaluation of sources (Gland, Switzerland: IUCN).
[5] Kim T, Eo S, Shim W J, et al. Qualitative and quantitative assessment of microplastics derived from antifouling paint in effluent from ship hull hydroblasting and their emission into the marine environment. Journal of Hazardous Materials, 2024, 477: 135258.
[6] Xie Q, Pan J, Ma C, et al. Dynamic surface antifouling: mechanism and systems. Soft matter, 2019, 15(6): 1087-1107.
[7] Pan J, Ai X, Ma C, et al. Degradable Vinyl Polymers for Combating Marine Biofouling. Accounts of Chemical Research, 2022, 55(11): 1586-1598.
