เทคโนโลยีของสีกันเพรียง

เทคโนโลยีของสีกันเพรียง

ในการคมนาคมทางน้ำ ความจำเป็นที่ต้องป้องกันผิวเรือไม่ให้เกิดความสกปรก เป็นสิ่งที่ต้องตระหนักเนื่องจาก มีผลต่อประสิทธิภาพการเดินเรือและสิ่งแวดล้อม ปัญหาสำคัญหากผิวเรือถูกเกาะด้วยเพรียงคือ อัตราการใช้น้ำมันที่สูงขึ้น และมีปัญหาการผุกร่อนเกิดขึ้นได้ หากมองในสภาพแวดล้อมของโลกจะส่งผลทำให้มีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในบรรยากาศโลกมากขึ้นซึ่งเกิดจากการเผาไหม้ของน้ำมันเชื้อเพลิงที่มากขึ้น การป้องกันหรือลดการเจริญเติบโตของเพรียงที่ผิวเรือ ซึ่งรวมถึงความสกปรกที่เกิดขึ้นจากการเกาะของสิ่งมีชีวิตในทะเล (Antifouing) สามารถใช้วิธีทาหรือพ่นด้วยสีกันเพรียง เนื่องจากสีกันเพรียงมีสารฆ่าสิ่งมีชีวิต (biocide) ผสมอยู่ซึ่งสารนี้จะถูกปลดปล่อยตลอดช่วงเวลาขณะที่ผิวเรือสัมผัสกับน้ำ แม้ชั้นของสีเป็นฟิล์มบางที่เคลือบผิวเรือจะหนาเพียงในระดับไมโครเมตรเท่านั้น แต่มีความเข้มข้นมากพอที่จะป้องกันการเกาะยึดของเพรียงได้ (settlement of juvenile fouling organisms)

ด้วยเหตุที่สิ่งมีชีวิต (marine organisms) ที่สามารถทำให้เกิดความสกปรกแก่ตัวเรือในทะเลมีกว่า 4,000 ชนิดทั้งพืชและสัตว์ สารฆ่าสิ่งมีชีวิตที่อยู่ในฟลิ์มสีจงต้องออกฤทธิ์ที่กว้างและครอบคลุมความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตเหล่านั้น แต่เนื่องจากสีทาเรือในห้วงทศวรรษที่ผ่านมาประสบกับปัญหาต่อสิ่งแวดล้อมอันจากการใช้สารประเภท Tributyltin (TBT) ด้วยเหตุนี้สีกันเพรียงในปัจจุบัน จึงจะต้องผลิตและพัฒนาด้วยความตระหนักมากยิ่งขึ้นต่อคุณภาพของสิ่งแวดล้อมในทะเล

เทคโนโลยีของสีกันเพรียงจึงได้พัฒนาอย่างไม่ หยุดยั้ง เพราะเป็นสิ่งท้าทายซึ่งมีนัยสำคัญของอุตสาหกรรมสารเคลือบผิว บทความเรื่องที่เขียนและรวบรวมขึ้นนี้ จึงได้กล่าวถึง ความสกปรกของเรือที่เกิดจากเพรียง ระบบของสีกันเพรียงซึ่งได้พัฒนาขึ้น ผลกระทบจากการใช้สีกันเพรียงต่อสิ่งแวดล้อม และขีดความสามารถของกองวิเคราะห์และทดสอบ กรมวิทยาศาสตร์ทหารเรือ ในการวิเคราะห์ ทดสอบ คุณลักษณะของสีทาเรือให้ทันกับนวัตกรรมและเทคโนโลยีการผลิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งการวิเคราะห์สีกันเพรียงชนิดหนึ่งคือ ประเภทขัดตัวเองได้ (Self Polishing Copolymer, SPC -antifouling paints)

องค์ประกอบของสีแยกตามระบบ หรือตามการพัฒนา สามารถแบ่งได้คือ

1) ระบบ Conventional, Soluble matric-tpye antifouling :

สีประเภทนี้ส่วนประกอบที่เป็น binder เช่น Colophonium สามารถละลายในน้ำได้ และสารฆ่าสิ่งมีชีวิต (biocide) เช่น คิวปรัสออกไซด์ (Cu2O)จะถูกปล่อยออกมา ซึ่งสีประเภทนี้อาจมีสารประกอบของดีบุกอินทรีย์ (Organotin) ปนมาด้วยก็ได้ อายุการใช้งานประมาณ 12 เดือน สีประเภทนี้ง่ายต่อการหักและแตกเป็นเกล้ด (Cracking and flaking) เมื่อทาสีบนพื้นผิวแล้วจำเป็นที่ต้องนำพื้นผิวสัมผัสน้ำโดยเร็ว สีเหล่านี้เป็นสีที่ใช้กันทั่วไปในห้วงทศวรรษที่ผ่านมาแม้ว่าจะยากต่อการควบคุมอัตราการปลดปล่อยของสารฆ่าสิ่งมีชีวิต (biocides) จากเมตริกซ์สารที่เป็น เรซินที่มีระดับของการชะล้างคงที่ (constant leaching level)

2) ระบบ Long Life, insoluble matrix-type antifouling :

มีส่วนผสมของ binder เป็นสารจำพวก ไวนิล และอะคริลลิค/โรซิน (Acryllic/Rosin, CR)และอาจมี Colophonium ผสมอยู่ในปริมาณเล็กน้อย และสารฆ่าสิ่งมีชีวิต (biocide) เช่น สารประกอบของทองแดงกว่าร้อยละ 70 อาจมีสารประกอบของดีบุกอินทรีย์ อายุการใช้งานประมาณ 12-24 เดือน ซึ่งบ่อยครั้งเรียกว่า Long Life Antifouling

3) ระบบ Self Polishing antifouling:

มีส่วนผสมของโคพอลิเมอร์ ได้แก่การผสมเรซินซึ่งมีสมบัติออกฤทธิ์ต่อสิ่งมีชีวิตกับสารออกฤทธิ์สำคัญอื่นๆ เป็นระบบของสารโพลิเมอร์ผสมที่มีพันธะทางเคมีตลอดทั่วทั้งเนื้อสาร ที่อาจมีหรือไม่มีส่วนผสมของสารพิษ (toxin) เช่น สารประกอบดีบุกอินทรีย์ ซึ่งดีบุกเป็นส่วนประกอบในสารพอลิเมอร์ ชนิด polyacrylates ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลาย ด้วยคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมและสมบัติที่สามารถขัดตัวเองได้ (self-polishing properties) การออกฤทธิ์ที่กว้างใช้เป็นสารฆ่าเชื้อรา แบคทีเรีย และสารฆ่าแมลงในอุตสาหกรรมทอผ้า กระดาษ หนังและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อีกด้วย มีการออกฤทธิ์ที่แรงและนานกว่าสีทาเรือที่ใช้สารอื่น ๆ เช่น สารประกอบของปรอทและทองแดง อย่างไรก็ตาม สารดีบุกอินทรีย์ได้ถูกจำกัดการใช้ตามกฏหมาย เพราะความเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมที่สูง สารประกอบของดีบุกที่อยู่ในรูปของสารอินทรีย์จะมีความเป็นพิษที่มากกว่ารูปสารอนินทรีย์ เนื่องจากสามารถผ่านเข้าสู่เซลล์ของสิ่งมีชีวิตได้ดีกว่า และเส้นทางเริ่มแรกของสารประกอบดีบุกอินทรีย์มักจะอยู่ในตะกอนหนักและสามารถเข้าสู่เซลล์ของสิ่งมีชีวิตได้มากกว่าสารดีบุกอินทรีย์ที่ละลายในน้ำ สารประกอบของทองแดงซี่งมีพิษน้อยกว่าจึงเป็นสารพิษเติมแต่งในสีกันเพรียงมาจนถึงปัจจุบัน สารประกอบของทองแดงที่ใช้กันได้แก่ Copper(I) Oxide, Copper(I) thiocyanate, Copper metals powder, copper bronze (Cu+Sn alloy), copper napthenate, copper resinate (Copper hydroxide + Rosin) และ Copper (I) sulphite ซึ่งสีกันเพรียงโดยทั่วไปจะมีสารประกอบของทองแดงไม่น้อยกว่าร้อยละ 40 ซึ่งจะทำให้เกิดสีน้ำตาลเข้มหรือสีแดงเข้ม

ระบบของสีกันเพรียงที่พัฒนามาถึงปัจจุบันอีกชนิดหนึ่งคือ การใช้ copper acrylate เป็น cross-linking agent ในพอลิเมอร์ผสม

การทาสีที่ผิวเรือด้วย สีประเภท Self Polishing antifouling นี้จะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรลิซีสกับน้ำทะเลเป็นผลทำให้มีการปลดปล่อยสารฆ่าสิ่งมีชีวิต เช่นเพรียงอย่างช้า ๆ สีที่เคลือบบนพื้นผิวเรือด้วยแรงยึดเชิงกลอย่างอ่อนที่คงเหลืออยู่จะ ค่อย ๆ หลุดลอกออกด้วยน้ำทะเล เป็นผลทำให้มีพื้นผิวของโพลิเมอร์ที่ใหม่อยู่เสมอ ผิวเรียบมากกว่าการทาสีกันเพรียงประเภทอื่น กระบวนการเกิดไฮโดรไลซีสและการหลุดลอกจะเกิดซ้ำแล้วซ้ำเล่าจนกว่าไม่มีสีที่ผิวเรือที่ทา และสาร biocide ซึ่งสามารถออกฤทธิ์ได้นานถึงประมาณ 5 ปีขึ้นอยู่กับความหนาของชั้นฟิล์มสีที่ทาหรือเคลือบ แผนผังแสดงถึงการปลดปล่อยของสารฆ่าสื่งมีชีวิตของระบบสีกันเพรียงแบบ Conventional-Free association paint และ Copolymer Paint