新型环保船用复合材料研究取得进展：海洋废料“变废为宝”，长期浸泡性能稳定

近日，一项由意大利和黑山科研机构共同完成的研究，为利用海洋废弃物制造环保船用复合材料带来了积极信号。该研究探讨了将废弃的贝类外壳和海草纤维作为填充料，与环氧树脂结合制成生物复合材料，并在真实海洋环境中进行了长达六个月的耐久性测试。研究成果已发表于学术期刊《Journal of Marine Science and Engineering》（海洋科学与工程杂志）上《Effect of Long-Term Immersion in Low-Salinity Seawater on Epoxy Resin Composites Filled with Marine Secondary Raw Materials》。

背景：寻求传统玻璃钢的绿色替代品

在船舶制造领域，传统的玻璃钢材料因其耐久性而被广泛应用，为了实现海洋产业的可持续发展，研究人员一直在寻找能够将海洋废弃物（如餐饮业产生的贝类外壳和海岸上堆积的海草纤维等）转化为有价值的复合材料填充物，是实现“从海洋中来，到海洋中去”循环经济理念的理想途径。

然而，一个关键问题随之而来：这些含有天然成分的复合材料，在长期浸泡于海水中后，能否抵抗海洋生物的附着（即生物污损）和材料自身的降解？

研究：实地测试验证材料耐久性

为了回答这个问题，研究团队制备了多种复合材料样品。填充料包括磨碎的贻贝、牡蛎、蛤蜊外壳粉末，以及来自地中海特有的海洋植物——大洋波喜荡草的短纤维。树脂则采用了传统的环氧树脂和部分生物基的环保环氧树脂。

研究人员将这些样品置于黑山科托尔湾的实海环境中，进行了为期六个月（从2024年5月到10月）的暴露测试。测试特别模拟了三种不同的海洋环境：

研究结果显示，复合材料的表现高度依赖于其使用位置：

• 适用于非持续浸水部件： 在所有位于码头飞溅区（Site 3）的样品中，无论是纯环氧树脂还是含有各种海洋废弃填充料的复合材料，均未出现严重的生物污损或材料降解。这表明，这类环保复合材料非常适用于制造诸如渔船座椅等不会长期浸泡在水中的船用部件。

• 持续浸没环境挑战严峻： 与此形成鲜明对比的是，完全浸没在海水中的样品（Site 1 和 Site 2）普遍出现了显著的生物污损，附着了藤壶、贻贝、藻类等多种海洋生物。其中，填充了大洋波喜荡草纤维的样品，由于其天然纤维结构更容易为微生物提供附着点，表现出的生物污损和表面磨损程度最为明显。

• 填充料类型影响显著： 在各类填充料中，牡蛎和蛤蜊外壳粉末填充的复合材料表现出更好的稳定性。而贻贝粉末和大洋波喜荡草纤维填充的样品则更容易被海洋生物colonize。

• 材料硬度保持良好： 一个积极的发现是，尽管经历了六个月的浸泡和生物附着，在清除掉表面的海洋生物后，几乎所有样品的硬度都没有出现显著下降，证明了复合材料本体的基本力学性能得以保持。

结论与展望

本研究负责人之一Carlo Santulli表示：“我们的研究表明，利用本地收集的海洋废弃物制造船用复合材料是可行的。特别是在非持续接触海水的应用场景下，这些材料展现出了令人满意的耐久性。”

他同时指出：“当然，如果目标是将这些材料用于船体等需要长期浸没在水下的关键部位，那么目前的配方仍需改进，可能需要引入防污涂层或其他保护措施。此外，如何提高大洋波喜荡草纤维与树脂的结合力以减少其降解风险，是未来的研究重点。”

这项研究不仅为船舶制造业提供了一种潜在的、更环保的材料选择，也为有效处理和增值利用海洋废弃物开辟了新的路径，助力于蓝色经济的循环发展。