« Revêtement antisalissure biomimétique » : différence entre les versions
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Les revêtement antisalissure biomimétique sont des revêtements spéciaux qui empêchent l'accumulation d'organismes marins sur une surface. les revêtements typiques antisalissures ne sont pas biomimétiques, mais sont basés sur des composés chimiques synthétiques qui peuvent avoir des effets nuisibles sur l'environnement. Les principaux exemples sont composés de tributylétain, qui sont des composants dans les peintures pour prévenir l'encrassement biologique des coques des navires. Bien que très efficaces contre l'accumulation de bernacles et d'autres organismes problématiques, les peintures contenant des organostanniques sont préjudiciables à de nombreux organismes et ont été montrés pour interrompre les chaînes alimentaires marines.[1][2][3]
Les méthodes chimiques
La plupart des revêtements antisalissures sont basés sur des composés chimiques qui inhibent l'encrassement. Lorsqu'ils sont incorporés dans des revêtements marins, ces biocides lessivés dans les environs immédiats et minimise l'encrassement. L'agent anti-salissure synthétique classique est le TBH. Les biocides naturels montrent généralement un plus faible impact environnemental, mais l'efficacité est variable.
Les biocides naturels se trouvent dans une variété de sources, y compris (éponges, algues, coraux, oursins, bactéries et ascidies),[4] et comprennent les toxines, les anesthésiques, et / fixation / molécules de métamorphose inhibant la croissance.[5] En tant que groupe, les microalgues marines produisent seuls plus de 3600 métabolites secondaires qui jouent des rôles écologiques complexes, y compris la défense contre les prédateurs, ainsi que la protection antifouling,[6] l'intérêt scientifique croissant dans le dépistage des produits naturels marins comme biocides naturels. Les biocides naturels sont généralement divisés en deux catégories: les terpènes (contenant souvent des groupes insaturés de ligands et des groupes fonctionnels d'oxygène électronégatifs) et non terpènes.
Divers tanins (non terpéniques), synthétisé naturellement par une variété de plantes, sont des biocides efficaces lorsqu'ils sont combinés avec des sels de cuivre et de zinc.[7] Les tanins sont capables de floculer avec une variété de cations, qui présentent des propriétés antiseptiques. Le biocide naturel le plus efficace est le 3,4-dihydroxy bufa-20,22 dienolide ou bufaline (un stéroïde de bufotoxine de Bufo vulgaris), qui est plus de 100 fois plus efficace que les TBH à prévenir l'encrassement biologique.[5] La bufaline est cependant coûteuse. Quelques composés naturels avec des voies de synthèse plus simples, tels que la nicotinamide ou 2,5,6-tribromo-1-méthylamine (de Zoobotryon pellucidum), ont été incorporés dans les peintures antisalissures brevetés.[5]
Un inconvénient important aux agents chimiques biomimétiques est la modeste durée de vie. Étant donné que les biocides naturels doivent lessivés hors du revêtement pour être efficace, le taux de lixiviation est un paramètre clé.[8]
Où La est la fraction du biocide effectivement libérée (typiquement autour de 0,7), a est la fraction en poids de l'ingrédient actif dans le biocide, DFT est l'épaisseur du film sec, Wa est la concentration du biocide naturel dans la peinture humide, SPG est la densité de la peinture fraîche, et SVR est le pourcentage de peinture sèche à peinture humide en volume.
Mimétiques de la peau de requin
Une classe de revêtements antisalissures biomimétiques est inspiré par la surface de la peau de requin, qui se compose de plaques chevauchantes nanométriques qui présentent des crêtes parallèles qui empêchent efficacement les requins de devenir encrassé même lors du déplacement à des vitesses lentes. Les qualités antisalissures des requins dépendent fortement de l'indice de rugosité d'ingénierie (IRI).[9]
Où r est le rapport de la rugosité Wenzel, n est le nombre d'éléments de surface distincts dans la conception de la surface, et φ est la fraction de surface des sommets des caractéristiques de surface différentes. Une surface complètement lisse aurait un IRI = 0.
En utilisant cette équation, la quantité de micro-encrassement spores par mm² peut être modélisée. Semblable à la peau réelle de requin, la nature des motifs Sharklet AF montre des différences de microstructure en trois dimensions avec une IRI correspondante de 9,5. Cette différence à motifs en trois dimensions donne une réduction de 77% dans le règlement des micro-encrassement.[10] Autres non artificielle comme piliers 2-um diamètre circulaire (IRI = 5.0) ou des arêtes de 2-µm de larges (IRI = 6.1) réduisent le règlement d'encrassement de 36% et 31%, respectivement, tandis qu'une surface plus structurée composé de 2-µm de diamètre de piliers circulaires et 10 µm de triangles équilatéraux IRI = 8,7) réduit le règlement des spores de 58%.[10] Les angles de contact obtenus pour les surfaces hydrophobes sont directement liés à la surface des rugosités par l'équation Wenzel.[11]
Conclusions
Les revêtements antisalissures biomimétiques sont très lucratives en raison de leur faible impact environnemental et leur succès démontré. Certaines propriétés d'un revêtement antisalissure biomimétique peut être prédite à partir des angles de contact obtenus à partir de l'équation Wenzel, et l'IRI calculée. Les matériaux naturels tels que la peau de requin continuent de fournir l'inspiration pour les scientifiques pour améliorer les revêtements actuellement sur le marché.
Références
- Salta, M., Wharton, J. A., Stoodley, P., Dennington, S. P., Goodes, L. R., Werwinski, S., Mart, U., Wood, R. J. K., Stokes, K. R., "Designing biomimetic antifouling surfaces", Philos.
- Mueller, W. E. G., Wang, X., Proksch, P., Perry, C. C., Osinga, R., Garderes, J., Schroeder, H. C., "Principles of Biofouling Protection in Marine Sponges: A Model for the Design of Novel Biomimetic and Bio-inspired Coatings in the Marine Environment?"
- 1.
- LD Chambers, KR Stokes, FC Walsh et RJK Wood, « Modern approaches to marine antifouling coatings », Surface and Coatings Technology, vol. 6, no 4, , p. 3642–3652 (DOI 10.1016/j.surfcoat.2006.08.129, lire en ligne, consulté le )
- Iwao Omae, « General Aspects of Tin-Free Antifouling Paints », Chemical Reviews, American Chemical Society, vol. 103, no 9, , p. 3431–3448 (DOI 10.1021/cr030669z, lire en ligne, consulté le )
- P Bhadury et Phillipc. Wright, « Exploitation of marine algae: biogenic compounds for potential antifouling applications », Exploitation of marine algae: biogenic compounds for potential antifouling applications, vol. 219, no 4, , p. 561–578 (DOI 10.1007/s00425-004-1307-5, lire en ligne, consulté le )
- N Bellotti, C Deya, B del Amo et R Romagnoli, « Antifouling Paints with Zinc "Tannate" », Ind. Eng. Chem. Res., vol. 49, no 7, , p. 3386–3390 (DOI 10.1021/ie9010518)
- « Emission Scenario Document on Antifouling Products Annex », Biocides Publications, Organisation for Economic Co-operation and Development (consulté le )
- C Long, James F. Schumacher, Paul A.C. Robinson, John A. Finlay, Maureen E. Callow, James A. Callow et Anthony B. Brennan, « A model that predicts the attachment behavior of Ulva linza zoospores on surface topography », Biofouling, vol. 26, no 4, , p. 411–419 (PMID 20191401, DOI 10.1080/08927011003628849, lire en ligne, consulté le )
- J Schumacher, Michelle L. Carman, Thomas G. Estes, Adam W. Feinberg, Leslie H. Wilson, Maureen E. Callow, James A. Callow, John A. Finlay et Anthony B. Brennan, « Engineered antifouling microtopographies - effect of feature size, geometry, and roughness on settlement of zoospores of the green alga Ulva », Biofouling, vol. 23, no 1, , p. 55–62 (DOI 10.1080/08927010601136957, lire en ligne, consulté le )
- Y Cheng, D Rodak, C Wong et C Hayden, « Effect of micro- and nano-structure on the self-cleaning behaviour of lotus leaves », Nanotechnology, vol. 17, no 5, , p. 1359–1362 (DOI 10.1088/0957-4484/17/5/032)