Los recubrimientos antiincrustantes biomiméticos son recubrimientos especiales que evitan la acumulación de organismos marinos en una superficie. Los revestimientos antiincrustantes típicos no son biomiméticos, sino que se basan en compuestos químicos sintéticos que pueden tener efectos nocivos sobre el medio ambiente. Los mejores ejemplos son los compuestos de tributilestaño , que son componentes de las pinturas para prevenir la contaminación biológica de los cascos de los barcos. Aunque son muy eficaces para combatir la acumulación de percebes y otros organismos problemáticos, las pinturas que contienen organoestaño son dañinas para muchos organismos y se ha demostrado que interrumpen las cadenas alimentarias marinas. [1] [2] [3]
Metodos quimicos
La mayoría de los recubrimientos antiincrustantes se basan en compuestos químicos que inhiben las incrustaciones. Cuando se incorporan a recubrimientos marinos, estos biocidas se filtran al entorno inmediato y minimizan las incrustaciones. El agente antiincrustante sintético clásico es el tributilestaño (TBT). Los biocidas naturales suelen tener un impacto medioambiental menor pero una eficacia variable.
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/f/fc/Bufalin.svg/220px-Bufalin.svg.png)
Los biocidas naturales se encuentran en una variedad de fuentes, incluyendo esponjas , algas, corales , erizos de mar , bacterias y ascidias marinas , [4] e incluyen toxinas, anestésicos y moléculas inhibidoras del crecimiento / adhesión / metamorfosis . [5] Como grupo, las microalgas marinas por sí solas producen más de 3600 metabolitos secundarios que desempeñan funciones ecológicas complejas, incluida la defensa de los depredadores, así como la protección antiincrustante, [6] aumentando el interés científico en la selección de productos naturales marinos como biocidas naturales. Los biocidas naturales se dividen típicamente en dos categorías: terpenos (que a menudo contienen grupos ligandos insaturados y grupos funcionales de oxígeno electronegativo) y no terpenos.
Varios taninos (no terpenos), sintetizados naturalmente por una variedad de plantas, son biocidas efectivos cuando se combinan con sales de cobre y zinc. [7] Los taninos pueden flocular con una variedad de cationes, que luego exhiben propiedades antisépticas. El biocida natural más eficaz es el 3,4-dihidroxibufa-20,22 dienólido o bufalina (un esteroide del veneno de sapo de Bufo vulgaris ), que es más de 100 veces más eficaz que el TBT para prevenir la bioincrustación. [5] Sin embargo, Bufalin es caro. Algunos compuestos naturales con rutas sintéticas más simples, como la nicotinamida o la 2,5,6-tribromo-1-metilgramina (de Zoobotryon pellucidum ), se han incorporado a las pinturas antiincrustantes patentadas. [5]
Un inconveniente importante de los agentes químicos biomiméticos es su modesta vida útil. Dado que los biocidas naturales deben filtrarse del recubrimiento para que sean efectivos, la tasa de lixiviación es un parámetro clave. [8]
Donde L a es la fracción del biocida realmente liberado (típicamente alrededor de 0,7), a es la fracción en peso del ingrediente activo en el biocida, DFT es el espesor de la película seca, W a es la concentración del biocida natural en la pintura húmeda , SPG es la gravedad específica de la pintura húmeda y SVR es el porcentaje de pintura seca a pintura húmeda por volumen.
Miméticos de piel de tiburón
Una clase de recubrimientos antiincrustantes biomiméticos está inspirada en la superficie de la piel de tiburón, que consiste en placas superpuestas a nanoescala que exhiben crestas paralelas que evitan efectivamente que los tiburones se ensucien incluso cuando se mueven a velocidades lentas. Las cualidades antiincrustantes de los diseños inspirados en la piel de tiburón parecen depender en gran medida del índice de rugosidad de ingeniería (ERI). [9]
Donde r es el índice de rugosidad de Wenzel, n es el número de características superficiales distintas en el diseño de la superficie y φ es la fracción de área de las partes superiores de las características superficiales distintas. Una superficie completamente lisa tendría un ERI = 0.
Usando esta ecuación, se puede modelar la cantidad de esporas de microincrustaciones por mm 2 . Similar a la piel de tiburón real, la naturaleza modelada de Sharklet AF muestra diferencias microestructurales en tres dimensiones con un ERI correspondiente de 9.5. Esta diferencia de patrón tridimensional imparte una reducción del 77% en el asentamiento de microincrustaciones. [10] Otras superficies ásperas artificiales a nanoescala sin patrón, como pilares circulares de 2 μm de diámetro (ERI = 5.0) o crestas de 2 μm de ancho (ERI = 6.1) reducen el asentamiento de incrustaciones en un 36% y 31%, respectivamente, mientras que un más La superficie modelada compuesta por pilares circulares de 2 μm de diámetro y triángulos equiláteros de 10 μm (ERI = 8.7) reduce el asentamiento de esporas en un 58%. [10] Los ángulos de contacto obtenidos para superficies hidrófobas están directamente relacionados con las rugosidades de la superficie mediante la ecuación de Wenzel . [11]
Conclusiones
Los recubrimientos antiincrustantes biomiméticos son muy lucrativos debido a su bajo impacto ambiental y su éxito demostrado. Algunas propiedades de un recubrimiento antiincrustante biomimético se pueden predecir a partir de los ángulos de contacto obtenidos de la ecuación de Wenzel y el ERI calculado. Los materiales naturales como la piel de tiburón continúan inspirando a los científicos para mejorar los recubrimientos actualmente en el mercado.
Ver también
Referencias
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